【正文】 Linux移植是指針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)對(duì) Linux內(nèi)核做必要 的修改后，安裝到該目標(biāo)平臺(tái)并使其正確運(yùn)行的過(guò)程。 蓉季乏學(xué) 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1． ^。采用 AMSll 17ADJ 芯片提供 1． 25V 供電，最大電流為 IA， I％的輸山精度。在智能家居系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過(guò) RS232 串口和 Zigbee傳 感網(wǎng)完成。 WiFi 傳輸速率高，可移動(dòng)性很 強(qiáng)，但網(wǎng)絡(luò)方面容易被受黑客，使用射頻技術(shù)和無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)，容易受外界 干擾，安全性和抗干擾性能較差，因此也不太適合對(duì)安全性要求極高的智能家居。未來(lái)存布巨大的市場(chǎng)但也面臨很多問(wèn)題，由物聯(lián) 網(wǎng)掀起的革命面臨挑戰(zhàn)，也充滿機(jī)遇。計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備等可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)機(jī)器、設(shè)備進(jìn)行集中管理，如對(duì)家 居設(shè)備遠(yuǎn)程控制、安防監(jiān)控、物品防盜、搜尋位置等各種應(yīng)用。論文結(jié)構(gòu)安排如下： 0 蓉季天學(xué) 一翻刪逝仃 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第一章：緒論，對(duì)智能家居概念進(jìn)行概述，并闡述該課題背景和意義、國(guó)內(nèi) 外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀以及本課題研究的 內(nèi)容。 20xx 年 4 月，三星在拉 斯維加斯消費(fèi)電子展上在韓國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)對(duì)其 “智能家庭 ”進(jìn)行推廣，按照 “智 能家庭 ”的設(shè)計(jì)，只要在相同的 wi—fi網(wǎng)絡(luò)條件下， “用戶(hù)可以通智能手機(jī)或平 板電腦上通過(guò)一個(gè)應(yīng)用程序來(lái)管理其關(guān)聯(lián)的電器和設(shè)備 (智能電視，冰箱，洗衣 機(jī)等 )；例如，他們可以通過(guò)對(duì)電視遙控器說(shuō) “晚安 ”從而自動(dòng)觸發(fā)關(guān)聯(lián)的設(shè)備 來(lái)關(guān) 閉連接的空調(diào)和智能燈泡等【 11】。智能家居就是將與生活家 居相關(guān)的設(shè)施和設(shè)備連接網(wǎng) 絡(luò)中，這些通訊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)與外界相連，用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)或嵌入 式控制系統(tǒng)等智能化設(shè)備來(lái)統(tǒng)一管理㈣。論文著重討論家電控制模塊和體征數(shù)據(jù)采集模 塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)， 重點(diǎn)闡述軟、硬件設(shè)計(jì)方法并給出系統(tǒng)通信協(xié)議； 家電控制模塊結(jié)合以往設(shè)計(jì)方案缺陷，提高可用性和拓展性，該模塊 可拓展應(yīng)用于服務(wù)器機(jī)房等場(chǎng)所的空調(diào)控制；體征數(shù)據(jù)采集模塊采用 壓電薄膜傳感器，有獨(dú)立的 MCU，可獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，體征數(shù)據(jù)異 常時(shí)，通過(guò) GSM通信模塊向手機(jī)發(fā)送提醒信息及體征數(shù)據(jù)。除 文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體 己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品及成果的內(nèi)容。智能家居最初 的定義是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置，通 過(guò)家庭總線技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能系統(tǒng)上，進(jìn)行集中或異地監(jiān)視、控制和家庭 事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。電源控制能通過(guò)控制家用電 器電源很好的實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，既能避免家電長(zhǎng)期待機(jī)，節(jié)省電能，又能避免因外部電 路故障等原因把家用電器燒壞，缺點(diǎn)是對(duì)于像空調(diào)等需要紅外遙控等操作才能完 全運(yùn)行的家電不能實(shí)現(xiàn)控制；對(duì)于紅外控制的 優(yōu)缺點(diǎn)與電源控制反之；其二對(duì)新 的領(lǐng)域如一直以來(lái)人們關(guān)注的安全健康問(wèn)題，隨著生活水平的不斷提高，人們?cè)? 來(lái)越關(guān)注自身的健康狀況和安全隱患，隨著人口的迅速膨脹和社會(huì)老齡化問(wèn)題的 加重，青年 代生活成本不斷升高，幾乎所有的時(shí)間付諸于工作和交際，沒(méi)有時(shí) 間關(guān)注家人及自身健康問(wèn)題，外出務(wù)工人口數(shù)量龐大，獨(dú)居人群數(shù)量巨大，這些 獨(dú)居人群，遠(yuǎn)離親人和朋友，在室內(nèi)突發(fā)疾病或發(fā)生緊急事故來(lái)不及通知親人家 屬，甚至無(wú)人知曉，對(duì)人身生命安全造成威脅；近年來(lái)，已發(fā)生多起室內(nèi)死亡， 當(dāng)事人死亡數(shù)天、數(shù)月甚至數(shù)年后才被 人發(fā)覺(jué)的案例，家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)空缺急需填 補(bǔ)。正如各個(gè)國(guó)家智能家 居有各自的特色，中國(guó)智能家居也有自己的特色，在國(guó)內(nèi)，智能家居不是一個(gè)單 獨(dú)的產(chǎn)品，是基于小區(qū)的多層次家居智能化解決方案，綜合利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通 訊、家電控制、綜合布線等技術(shù)，將家庭智能控制、信息交流及消費(fèi)服務(wù)、小區(qū) 安防監(jiān)控等家居生活有效地結(jié)合起來(lái)，在傳統(tǒng) “智能小區(qū) ”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了向家 的延伸，創(chuàng)造出高效、舒適 、安全、便捷的個(gè)性化住宅空間【 13】。 第六章：總結(jié)和展望，對(duì)本設(shè)計(jì)所做的研究工作進(jìn)行總結(jié)，概括主要成果及 不足之處，對(duì)進(jìn)一步研究工作進(jìn)行展望。正如互聯(lián)網(wǎng) 設(shè)備一樣，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要給聯(lián)網(wǎng)的物品分配唯一的標(biāo)識(shí)或地址，如 pc 的 mac 地址，最早的物聯(lián)網(wǎng)是基于 RFID 標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此主控制器需要極人數(shù)量的 地址容量和同樣人數(shù)量的地址資源舊 “。在嵌入式應(yīng)用中，使用 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)是當(dāng)前嵌入式應(yīng)用的趨勢(shì)，在眾多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中， Linux 操作系統(tǒng)具有開(kāi)源、性能穩(wěn)定、安全性高、良好的可移植性等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì) 選用 1 inux系 統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)口引。 (1)傳輸距離： ZigBee的傳輸距離在 100 m 之內(nèi)，適用于家庭無(wú)線局域峭，也 蓉季乏學(xué) 誠(chéng)五罰，刪竹 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 可通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信接力將傳輸距離增加， ZigBee 節(jié)點(diǎn)傳輸覆蓋范圍完全 能夠滿足家庭需求。 3． 2 系統(tǒng)構(gòu)建 3． 2． 1 系統(tǒng)功能 智能家居剛關(guān)核心處理器 $3C2440A 是 Samsung 公司推出的 32位 ARM920T核 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 心的 RISC 處理器，采用哈佛構(gòu)架，具備相互獨(dú)立的 16KB 指令高速緩存和 16KB 數(shù)據(jù)高速緩存，支持 JTAG仿真調(diào)試，具有 MMU 功能，支持有外部存儲(chǔ)控制器， 可提供訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器所需要的存儲(chǔ)器控 制信號(hào)。 i 圖 36串行接口電路 SDRAM SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 )選用的是韓國(guó)海力士 (Hynix)生產(chǎn)的 32M 同 步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 HY57V561620T。3 4 All Dli 39 LO^1^39。由于目標(biāo)平臺(tái)資 源限制，需要通過(guò)交叉編譯的方法來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)，因此嵌入式 Linux內(nèi)核移 植首先要建立交叉編譯環(huán)境。 DM9000 一個(gè) 10／ 100M 自適應(yīng)以太網(wǎng) MAC 控制器； HR911103A 集成 RJ45 接口的網(wǎng) 絡(luò)隔 離變壓器，網(wǎng)絡(luò)功能模塊與 $3C2440A 微處理器集成在同一 PCB 板，對(duì)外引 出網(wǎng) 絡(luò)接口即 RJ45 接口。 Nand Flash 讀取、寫(xiě)入及擦除都相對(duì)較快，在價(jià)格上相對(duì)廉價(jià)，可以通過(guò) Nand Flash 啟動(dòng)代碼，然后復(fù)制到 SDRAM執(zhí)行， Nand Flash 的缺點(diǎn)是可靠性不 及 Nor flash， Nand Flash 存儲(chǔ)容量 較人，將 linux內(nèi)核映像，根文件系統(tǒng)映像 及一些啟動(dòng)程序存放在 NAND FLASH 上。 毛 i ㈠ 燒寫(xiě)； rn———j——1 lS～ D RA Mj 竺 一； l i 一 ———_1 ；二二， I——一 i』 r168。 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第 3 章家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章將對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并給出軟硬件系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，包括本設(shè)計(jì)中 嵌入式微處理器外圍電路、存儲(chǔ)器、接口等，接下來(lái)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)選型，本設(shè)計(jì)以 ARM 嵌入式處理器和 1 inux 操作系統(tǒng)分別作為硬件平臺(tái) 和操作系統(tǒng)，將對(duì)微處理 器外圍電路、存儲(chǔ)器、調(diào)試接口等進(jìn)行設(shè)計(jì)并闡述 1inux 系統(tǒng)平臺(tái)搭建及 Zigbee 組網(wǎng)。 tYES 樣機(jī)生產(chǎn) 圖 22 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程 2． 3 短距無(wú)線通訊技術(shù) 1．幾種無(wú)線通信技術(shù)比較 無(wú)線通訊技術(shù)克服了有線網(wǎng)絡(luò)布線 困難、擴(kuò)展性差等缺陷，在智能家居系統(tǒng)， 無(wú)線通訊技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，短距離 無(wú)線通信技術(shù)是智能家居內(nèi)部組網(wǎng)的發(fā)展趨 勢(shì)。 其中物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)，交通，物流，智能家居和安防等已較為成熟乜引。感知層通過(guò)感應(yīng)器識(shí)別物體、采集信息。 盡管?chē)?guó)內(nèi)智能家居業(yè)發(fā)展迅速，但仍然存在不足和弊端，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)己 經(jīng)廣泛地存在于銀行、商場(chǎng)、車(chē)站和交通路口等公共場(chǎng)所，但實(shí)際上視頻監(jiān)控系 統(tǒng)只能簡(jiǎn)單地錄制視頻圖像，還不能智能地分析、跟蹤、判別監(jiān)控目標(biāo)，對(duì)異常 事件報(bào)警、提示，對(duì)簡(jiǎn)單事情處理做決策等智能要求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到智能監(jiān)控目標(biāo)， 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和主動(dòng)性監(jiān)控【 t 7】。 20 世紀(jì) 80 年，大量家用電器廣泛應(yīng)用，將家用電器、通信設(shè)備與安全防范設(shè)備綜合為 一體，形成了住宅自動(dòng)化概念；隨著通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過(guò)總線技 術(shù)對(duì)住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，就是現(xiàn)在智 能家居的原型，在美國(guó)稱(chēng)為 SmartHome[s1。 智能家居控制功能隨著生活的需求不斷增強(qiáng)，由發(fā)展初期的電動(dòng)窗簾、燈光、 電器等遠(yuǎn)程控制，不斷延伸到可視對(duì)講、防盜報(bào)警、背景音樂(lè)、自動(dòng)抄表等領(lǐng)域， 隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展，控制的對(duì)象不斷擴(kuò)展，智能家居控制范圍將 涵蓋所有弱電行業(yè) n1。 本論文主要針對(duì)兩點(diǎn)，其一是對(duì)當(dāng)前智能家居家電控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 分析并閱讀大量相關(guān)論文著作的基礎(chǔ)上總結(jié)得到：以往的家電控制系 統(tǒng)采用兩種方案 ——電源控制方案和紅外控制方案。 本學(xué)位論文屬于 不保密回／ 學(xué)僦文儲(chǔ)虢何、啤弦艚獅虢倒 日期砂 f 絳炻鄉(xiāng)相 嗍獅年，脅日 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 0 要 計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及嵌入式技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著智能家居快速 發(fā)展，隨著經(jīng) 濟(jì)生活水平的提高，智能家居系統(tǒng)的功能隨著人們生活 需求不斷完善和提升。智能家居最終目的是讓家庭更安全，更舒適，更方便，更環(huán)保， 更節(jié)能。比爾．蓋茨 1997 年建成的智能住宅 ，運(yùn)用高性能的服務(wù)器作為管理整個(gè)系統(tǒng) 的后臺(tái)，具備高速上網(wǎng)的專(zhuān)線，計(jì)算機(jī)控制所有的門(mén)窗、燈具、電器【 71。 政府扶持也給國(guó)內(nèi)家電行業(yè)進(jìn)軍智能家居提供機(jī)遇，智能家居在國(guó)內(nèi)一步一 步發(fā)展起來(lái)的，逐步被人接受并發(fā)展前來(lái)，根據(jù)《中國(guó)智能家居設(shè)備行業(yè)發(fā)展環(huán) 境與市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)分析報(bào)告前瞻》分析中國(guó)市場(chǎng)擁有 1 億多的潛在智能家居客 戶(hù)，1000億元的市場(chǎng)，面對(duì)中國(guó)龐大的需求市場(chǎng)，預(yù)計(jì)該行業(yè)將以年均 19． 8％ 的速率增長(zhǎng)，在 20xx 年產(chǎn)值達(dá) 1240 億元【 121。其中感知層由感應(yīng)器構(gòu)成，如傳感器、攝像頭、 RFID 標(biāo)簽、二維 碼標(biāo)簽、讀寫(xiě)器等感知設(shè)備喁 1。 2． 1． 2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、 交通、電網(wǎng)、環(huán)保、安防、醫(yī)療、智能家居等領(lǐng)域已經(jīng)得到一定程度的應(yīng)用幢引。 l 器、操作系統(tǒng)選： 擇 ) l測(cè)試 (軟硬件涓； l 試、系統(tǒng)可靠性涓 ! 試 ) ≤耍 i≥歲。 2． 4 本章小結(jié) 本章對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的主要技術(shù)、概念、特點(diǎn)及其應(yīng)用等做了介紹，主要 內(nèi)容包含物聯(lián)網(wǎng)概念及其應(yīng)用，嵌入式技術(shù)及開(kāi)發(fā)過(guò)程，并對(duì)幾種短距無(wú)線通信 技術(shù)進(jìn)行比較，最后介紹了 Zigbee技術(shù)規(guī)范及其優(yōu)勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建方式如圖 32： i |匝： RJ45 網(wǎng) [1 L 生 { L 一 J i 麗 l168。 VSSQ0 VⅨ鹼 l 12 釘 ssQl VDD∞ 撕 艟 VSSQ2Ⅵ擲 5： Vs9 掣 圖 3—7 SDl【 ^M 嵌入式系統(tǒng)通常采用非易失性存儲(chǔ)器 Flash 作為外部存儲(chǔ)， Flash 存儲(chǔ)器有 兩種， Nor F1ash 和 Nand Flash，兩種各具不同的優(yōu)點(diǎn)， NOR Flash 能直接執(zhí) 行指令，讀取速度中等，寫(xiě)入和擦除速度較慢，數(shù)據(jù)讀取方式與 SDRAM 相似，因 此微處理器可以像使用 RAM 那樣使用 NOR Flash，存儲(chǔ)在 NOR Flash 中的程序和 數(shù)據(jù)不必復(fù)制 SDRAM即可運(yùn)行，但是缺陷是， NOR Flash 的運(yùn)行速度遠(yuǎn)不及 SDRAM 快。本設(shè)計(jì)的采用以太網(wǎng)芯片 DM9000 和網(wǎng)絡(luò)變壓器 HR91 1 103A 組成的功能模塊。交叉編譯是在一個(gè)宿主機(jī)上編譯目標(biāo)機(jī)平臺(tái)上要執(zhí) 行得代碼，生成可以再目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的代碼。2 Ai2 D12 L％ ?rAl3 L^00R?? 3 Ai3 Di3 41 LA00 只 15 2 重 l LO^TAl4 Ai毒 D14 LA00R1e ： 45 LDAT^， e Alj D15 L^00R17 毒 8 A16 LA。為了充分發(fā)揮 $3C2440A 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力， 選用兩片 16 位 HY57V561620T 芯片并行連接，這樣數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)大一倍，增大了內(nèi) 存