【正文】 ............611．: ..................................................................................................612．: ......................................................................................................613．: .........................................................................................................674．: .....................................................................................................685．: ........................................................................................................716．: ..................................................................................................727．: .....................................................................................................768．DC : ..........................................................................................779．DC :..............................................................................................78后期開(kāi)發(fā)文檔 .................................................................................................79英文文獻(xiàn)翻譯 .................................................................................................841 緒論 課題的來(lái)源及背景信息技術(shù)的發(fā)展迅速，己深入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，并對(duì)人類(lèi)的居住環(huán)境和建筑業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，人們已開(kāi)始追求充滿(mǎn)信息技術(shù)、安全技術(shù)、高效節(jié)能、并具有豐富人文環(huán)境的綠色住宅。不斷加快的生活節(jié)奏，使人們有了掌握海量信息的需求，急需有一個(gè)方便快捷的系統(tǒng)平臺(tái)，把人們從繁重的家務(wù)勞作和繁瑣的家電操作中解放出來(lái)，并能自動(dòng)協(xié)助人們生活的智能化系統(tǒng)，這就是智能家居系統(tǒng)。智能家居是信息技術(shù)和建筑的完美結(jié)合，其目標(biāo)是使人們擁有安全、舒適、便利、節(jié)能、娛樂(lè)和優(yōu)美的生活環(huán)境，這是新世紀(jì)住宅發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的家居環(huán)境在滿(mǎn)足人們最基本的需要的同時(shí)，也逐漸凸顯了局限性。比如：傳統(tǒng)的家居沒(méi)有室內(nèi)燈光的統(tǒng)一管理，進(jìn)出房間開(kāi)燈不方便，不能夠方便的做到人走燈滅、節(jié)約能源；傳統(tǒng)家居環(huán)境的安全性能差，不能夠做到對(duì)于各種危險(xiǎn)情況如煤氣泄露、入室搶劫等的敏感反應(yīng)；不能滿(mǎn)足遠(yuǎn)程對(duì)家居的智能監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)控、集中監(jiān)控。智能家居，又稱(chēng)智能住宅，在國(guó)外常用 Smart Home 表示。它一般是以住宅為基礎(chǔ)平臺(tái)，綜合建筑裝潢、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化等技術(shù)，將系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理集成為一體的高效、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。 國(guó)內(nèi)外智能家居應(yīng)用狀況自從世界上第一幢智能建筑 1984 年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)，加拿大，歐洲，澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國(guó)，德國(guó)，新加坡，日本等國(guó)都有廣泛的應(yīng)用。我國(guó)將家庭智能化定義為：利用 4C（即計(jì)算機(jī)，通訊及網(wǎng)絡(luò)，自控，IC 卡）技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元化信息服務(wù)與管理，物業(yè)管理與安防，住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。在 2022年就已將建設(shè)智能化小康示范小區(qū)列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展反向，這也必然促使智能化走向家庭智能化的方向發(fā)展。智能家居可以定義為一個(gè)目標(biāo)或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制等技術(shù)，將與家庭生活有關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)綜合管理，讓家庭生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還能提供舒適安全、高效節(jié)能、具有高度人性化的生活空間；將一批原來(lái)被動(dòng)靜止的家居設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂小爸腔邸?的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效地安排時(shí)間，增強(qiáng)家庭生活的安全性，并為家庭節(jié)省能源費(fèi)用等。 主要研究?jī)?nèi)容本文基于智能家居發(fā)展的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)過(guò)程中硬件上以博創(chuàng)公司的 UP2410 開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，外圍擴(kuò)展 ZigBee 模塊、GPRS 模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊、紅外模塊、傳感器等，配合 1：20 比例的家居沙盤(pán)模型與宿主 PC 機(jī)完成開(kāi)發(fā)；軟件上基于 內(nèi)核進(jìn)行目標(biāo)機(jī)開(kāi)發(fā)，宿主機(jī)使用 Fedora與 WindowsXP 操作系統(tǒng)、ArmLinux 交叉編譯環(huán)境、 圖形庫(kù)、MySql 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，用到了內(nèi)核的配置編譯與調(diào)試技術(shù)、模塊化驅(qū)動(dòng)程序的使用、根文件系統(tǒng)的制作等技術(shù)。本系統(tǒng)的特色在于著眼建立一個(gè)以 Inter 網(wǎng)絡(luò)為依托，ZigBee 、藍(lán)牙等近程通信技術(shù)復(fù)合的多層通信結(jié)構(gòu)，其中以嵌入式智能家居主機(jī)為中心，其他單片機(jī)設(shè)備、嵌入式智能設(shè)備為終端節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，再連入 Inter，力求最大化的適應(yīng)智能家居的應(yīng)用需求，最終提供舒適安全、高效節(jié)能、具有高度人性化的生活空間。2 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)的上位機(jī)部分主要由 ARM9 核心板、GPRS模塊、ZigBee 模塊、溫度采集部分、模擬輸出部分組成。邏輯功能方框圖如下：嵌入式主機(jī)模擬輸入模塊（ A D 及接口電路 ）模擬輸出模塊（ D A 及接口電路 ）溫度傳感器（ 本次設(shè)計(jì)未加 ）G P R S 模塊Z i g B e e 模塊圖 21 功能模塊示意圖 硬件方案設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境：1. 博創(chuàng)科技的開(kāi)發(fā)平臺(tái) UPtech2410s 實(shí)驗(yàn)箱一套；博創(chuàng) UPStar 嵌入式工程師認(rèn)證考試開(kāi)發(fā)板一套；博創(chuàng)科技 UP2410 開(kāi)發(fā)辦一套；2. 博創(chuàng) GPRS 模塊一件；3. ZigBee 模塊一套；4. 自制 1：20 比例家居仿真沙盤(pán)模型一件；5. 藍(lán)牙模塊；6. IRDA 紅外模塊；7. 攝像頭一件；8. 溫度、濕度傳感器各一件。 核心處理芯片的選擇核心處理芯片需要完成處理和支持整個(gè)系統(tǒng)的功能需求，主要完成AD、DA 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法，提供實(shí)時(shí)的 GPRS 與 ZigBee 通信，完成短信息接收，模擬量輸出及 Web 服務(wù)器的功能。為完成上述功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)處理芯片進(jìn)行選型，對(duì)比現(xiàn)有處理芯片的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇 ARM9 S3C2410X 芯片作為系統(tǒng)的核心處理芯片。S3C2410X 微處理器是一款由 samsung 公司為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的低功耗、高集成度的基于 ARM920T 核的微處理器，為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器件，這款芯片還集成了以下部件：16KB 指令 Cache、16KB 數(shù)據(jù)Cache、 MMU、外部存儲(chǔ)器控制器、LCD 控制器、NAND FLASH 控制器、4 個(gè) DMA 通道、3 個(gè) UART 通道、1 個(gè) IIC 總線控制器、1 個(gè) IIS 總線控制器、4 個(gè) PWM 定時(shí)器、1 個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、通用 IO 口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8 通道 10 位 ADC 和觸摸屏接口、USB 主、USB 從、 SD/MMC 卡接口等。因其具有低功耗、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，最終選用博創(chuàng)公司的 UP2410 作為試驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)的可行性。 遠(yuǎn)程通信模塊的選擇通信模塊需要完成遠(yuǎn)程的無(wú)線通訊的功能，目前主流的無(wú)線傳輸技術(shù)主要有 GPRS 與 CDMA。GPRS(General Packet Radio Service，通用無(wú)線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動(dòng)通信技術(shù) GSM 向第三代移動(dòng)通信(3G)的過(guò)渡技術(shù)，是一種基于 GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶(hù)提供移動(dòng)分組的 IP 或者 連接。GPRS能給用戶(hù)提供端到端的、廣域的無(wú)線 IP 連接。通俗地講，GPRS 是一項(xiàng)無(wú)線高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶(hù)通過(guò) GPRS 可以在移 動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā) Email、進(jìn)行 Inter 瀏覽、即時(shí)聊天等。CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)是在數(shù)字技術(shù)上的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種新的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA 技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào) 帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與 接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)選用的是 GPRS 無(wú)線傳輸技術(shù)，其具有實(shí)時(shí)在線、高速傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，符合本系統(tǒng)傳輸模塊的功能要求。 近程通信模塊的選擇長(zhǎng)期以來(lái)，低價(jià)、低傳輸率、短距離、低功率的無(wú)線通訊市場(chǎng)一直存在著。自從（Bluetooth）出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。智能家居網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量小，無(wú)需太大的傳輸速度，家庭中的各種家電設(shè)備多，需要的網(wǎng)絡(luò)容量大，信息的實(shí)時(shí)性要好，時(shí)延要短。ZigBee是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，具有短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)決定了其能很好的滿(mǎn)足智能家居網(wǎng)絡(luò)的上述需求。 模擬輸入模塊A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源和 CPU 之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，A/D 轉(zhuǎn)換是不可缺少的。A/D 轉(zhuǎn)換器有以下類(lèi)型：逐位比較型、積分型、計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓－頻率型，主要應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價(jià)格、功能以及接口條件等因素來(lái)決定選擇何種類(lèi)型。方案一：并行比較型 AD 采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱(chēng) FLash(快速)型。電路規(guī)模極大，價(jià)格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。方案二：串并行比較型 AD 結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，稱(chēng)為 Half flash(半快速) 型。這類(lèi) AD 速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。方案三：逐次比較型（如 ADC804）逐次比較型 AD 由一個(gè)比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB 開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n 次比較而輸出 數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（12 位）時(shí)價(jià)格很高。ARM S3C2410 芯片自帶一個(gè) 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，并且支持觸摸屏功能。ARM2410 開(kāi)發(fā)板只用作 3 路 A/D 轉(zhuǎn)換器，其最大轉(zhuǎn)換率為 500K， 位。綜合考慮本系統(tǒng)的成本、功耗、易用性等實(shí)際需求以及核心板所提供的便利條件，基于在足夠使用的情況下降低成本的原則，選擇 S3C2410 芯片自帶的 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。 模擬輸出模塊D/A 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成無(wú)太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運(yùn)算等進(jìn)行分類(lèi)。大多數(shù) D/A 換器由電阻陣列和 n 個(gè)電流開(kāi)關(guān)(或電壓開(kāi)關(guān))構(gòu)成。按數(shù)字輸入值切換開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生比例于輸入的電流(或電壓)。方案一：電壓輸出型（如 TLC56MAX504）。電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負(fù)載，由于無(wú)輸出放大器部分的延遲，故常作為高速 D/A 轉(zhuǎn)換器使用。方案二：電流輸出型(如 THS5661A)。電流輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負(fù)載電阻而進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運(yùn)算放大器。方案三：乘算型（如 AD7533）。D/A 轉(zhuǎn)換器中有使用恒定基準(zhǔn)電壓的，也有在基準(zhǔn)電壓輸入上加交流信號(hào)的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果而輸出，因而稱(chēng)為乘算型 D/A 轉(zhuǎn)換器。方案四：一位 D/A 轉(zhuǎn)換器。一位 D/A 轉(zhuǎn)換器與前述轉(zhuǎn)換方式全然不同，它將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率