【正文】 文件系統(tǒng)是對一個存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進行組織的機制，這種機制有利于用戶和操作系統(tǒng)的交互。最理想的方法是在Windows 下可以直接使用 Linux，借助于 Windows 下的一些工具及網(wǎng)絡(luò)資源進行學(xué)習(xí)。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）35選擇一款遵循 v4l 協(xié)議的攝像頭，V4L 全稱是 Video4Linux（Video for Linux） ，是在 linux 內(nèi)核中關(guān)于視頻設(shè)備的 API 接口，涉及開關(guān)視頻設(shè)備、采集并處理視頻圖像信息。其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓。（4）支持包交換廣播控制通道（PBCCH） 。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）28? 總共有 8 個存儲器 bank（bank0 —bank7） ，其中，bank0bank5 為固定128MB? bank6 和 bank7 的容量可編程改變，可以是136128MB，最大共 1GB。人機界面：實現(xiàn)家居設(shè)備節(jié)點初始設(shè)定界面、家居狀態(tài)顯示界面、家居設(shè)備管理界面。家庭網(wǎng)關(guān)將外部網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的控制命令通過家庭內(nèi)網(wǎng)傳遞到相應(yīng)的家居設(shè)備。智能家居系統(tǒng)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)就是通過這樣的方式組建。如果家居主節(jié)點和設(shè)備節(jié)點 3 次通信均不成功，家居主節(jié)點將拆除該節(jié)點，如果該節(jié)點向家居主節(jié)點發(fā)送了 3 次入網(wǎng)請求都沒有得到回應(yīng)，則該節(jié)點需重新發(fā)送新的入網(wǎng)請求，以獲得新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號。家居主節(jié)點的具體工作過程如下：(1)系統(tǒng)初始化：系統(tǒng)上電以后，家居主節(jié)點選擇網(wǎng)絡(luò)中的空閑信道，以廣播的方式通知已上電運行的設(shè)備節(jié)點初始化。在家庭控制網(wǎng)絡(luò)中家居設(shè)備節(jié)點根據(jù)其輸入輸出屬性的不同分為五類：表 家居設(shè)備節(jié)點的類型編號 類型 傳感或執(zhí)行單元 適用設(shè)備000B 模擬讀取 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 溫度傳感器等001B 模擬控制 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 調(diào)光燈等011B 開關(guān)量讀取 無 報警器等010B 開關(guān)量控制 繼電器、可控硅 家用電器開關(guān)100B 數(shù)據(jù)量輸入輸出 專用數(shù)字采集控制模塊 三表、遙控器、攝像頭由于每個 ZigBee 節(jié)點設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中只能與家居控制中心進行通信，通常既可以由 ZigBee 全能型設(shè)備擔(dān)當(dāng)，又可以由精簡型設(shè)備擔(dān)當(dāng)。一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中同時存在全功能設(shè)備(FFD)和精簡功能設(shè)備(RFD)兩種類型的功能設(shè)備。協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)的過程通過 原語來啟動。③終端設(shè)備：Zigbee 終端設(shè)備是整個系統(tǒng)的端點，用以傳輸該節(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)。它們都基于直接序列擴頻技術(shù)，工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率不同，但使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式。(3)可擴展性：在家庭中家居設(shè)備不會一成不變，而在實際應(yīng)用中經(jīng)常需要添加或者刪減設(shè)備節(jié)點，當(dāng)設(shè)備節(jié)點數(shù)目發(fā)生變動時，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備一定的機制擴充網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，而不需要改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。(2)跨平臺：智能家居系統(tǒng)的使用環(huán)境是一個家居環(huán)境，整個系統(tǒng)中有著錯綜復(fù)雜的平臺，不能強制要求用戶能夠?qū)ο到y(tǒng)進行復(fù)雜的配置和管理，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下各種資源的自組織和協(xié)同工作顯得非常重要。為完成上述功能，實現(xiàn)人機交互，對處理芯片進行選型，對比現(xiàn)有處理芯片的優(yōu)缺點，中央控制器選擇 ARM9 S3C2440 芯片作為系統(tǒng)的核心處理芯片，安防系統(tǒng)使用凌陽公司自主開發(fā)的十六位單片機 SPCE061A 作為主控芯片。用戶的控制指令按照相同的路徑傳輸給節(jié)點模塊執(zhí)行設(shè)定操作。智能家居包括網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、電視對講門禁系統(tǒng)、煤氣泄露探測系統(tǒng)、遠程抄表（水表、電表、煤氣表）系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)、遠程醫(yī)療診斷及護理系統(tǒng)、室內(nèi)電器自動控制管理及開發(fā)系統(tǒng)、集中供冷熱系統(tǒng)、網(wǎng)上購物系統(tǒng)、語音與傳真（電子郵件）服務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)上教育系統(tǒng)、股票操作系統(tǒng)、視頻點播、付費電視系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等等，各種新鮮名詞逐漸成為智能家居中的組成部分。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進行“交流 ”，無需人的干預(yù)。智能家居是現(xiàn)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實現(xiàn)對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運行，而不論距離的遠近。智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。通過對單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，能提高我在單片機應(yīng)用系統(tǒng)方面的設(shè)計能力，同時也能增強我的動手實踐能力。以軟組合方式與家用電器（音像電器、攝像裝置、上網(wǎng)裝置、衛(wèi)星接收裝置、保安裝置、照明裝置以及功能擴展接口等）結(jié)成一體，具有可供選擇的機頂盒、電腦接口，它與機頂盒結(jié)成一體，就兼有第一類平臺的功能；它與電腦結(jié)成一體，就兼有第二類平臺的功能。節(jié)點終端的傳感和執(zhí)行模塊，主要進行非法闖入或者有毒氣體等意外災(zāi)難情況的探測、三表數(shù)據(jù)的采華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8集、對各種網(wǎng)絡(luò)家電的控制。GPRS 能給用戶提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。因此，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己成為大勢所趨。(5)信號覆蓋率：家庭住宅的范圍在 10～100 米之間，且房間之間有墻壁阻隔，各設(shè)備網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間必須能夠穿透墻壁在一定距離之間進行可靠通信。 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)組成及拓撲結(jié)構(gòu)在 中定義了兩種設(shè)備：簡化功能設(shè)備(RFD， Device)和全功能設(shè)備(FFD ， Device)。管理實體提供了網(wǎng)絡(luò)層控制、網(wǎng)絡(luò)層信息庫(NIB)維護，其中主要提供以下服務(wù)：首先，配置網(wǎng)絡(luò)中的新設(shè)備，根據(jù)要求配置協(xié)議棧，并通過一系列操作，能夠為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器提供管理功能，因此應(yīng)用層的接口是網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)，主要包括：建立新網(wǎng)絡(luò)，定義新網(wǎng)絡(luò)的建立過程；加入和離開網(wǎng)絡(luò)，主要是路由華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15和節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的建立，以及網(wǎng)絡(luò)的離開與撤銷；地址分配，定義了協(xié)調(diào)器Coordinator 和路由 Router 如何為加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址；鄰居發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)無需路由在單跳范圍內(nèi)即可到達的設(shè)備，并將鄰居節(jié)點的信息記錄在鄰居表中，并對其進行維護；路由發(fā)現(xiàn)，在目的設(shè)備不在單跳范圍內(nèi)的情況下，申請路由轉(zhuǎn)發(fā)與查找功能，將查找到的設(shè)備路徑記錄在路由表中，以便網(wǎng)絡(luò)的建立與后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸；接收控制；控制接收器開關(guān)和進入休眠狀態(tài)的時間，以達到降低功耗的目的，使能物理層同步以及數(shù)據(jù)接收功能。第一種是子設(shè)備向父設(shè)備請求離開該網(wǎng)絡(luò)；第二種是父設(shè)備向子設(shè)備發(fā)送請求，并將其從網(wǎng)絡(luò)中斷開。綜合以上內(nèi)容可以知道，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中路由器是網(wǎng)絡(luò)中重要的通信設(shè)備，其他設(shè)備需要通過路由器來介入網(wǎng)絡(luò)，路由器在網(wǎng)絡(luò)中還需要完成數(shù)據(jù)收發(fā)、路由選擇等功能，同時由于規(guī)定了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中兩個獨立的終端設(shè)備之間不能相互通信，和移動終端之間進行數(shù)據(jù)傳輸時需要路由器來協(xié)助完成。家居設(shè)備節(jié)點在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中作為終端設(shè)備，由嵌入到家電設(shè)備中的 ZigBee通信模塊、傳感器、執(zhí)行器等單元共同構(gòu)成。(2)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)更新：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，家居主節(jié)點必須具有能夠發(fā)現(xiàn)這種變化并修改地址表信息的功能。家居主節(jié)點不僅要完成設(shè)備節(jié)點的信息采集，還要實現(xiàn)對節(jié)點的控制。表 42 是本系統(tǒng)定義出的通信幀結(jié)構(gòu)。從功能上講，信息通道并不能完全概括家庭網(wǎng)關(guān)的作用，更重要的是家庭網(wǎng)關(guān)在整個系統(tǒng)中還要完成更重要的一項功能，即“協(xié)議轉(zhuǎn)換 ”。 中央控制器的設(shè)計中央控制器以韓國三星公司推出的 16/32 位 RISC 微控制器 S3C2440A 為核心，其 CPU 采用的是 ARM920T 內(nèi)核。（2）NAND FLASH 啟動方式，即代碼燒到 NAND FLASH 中，借助片內(nèi)4K 的 sram，將代碼由 NAND FLASH 烤到 SDRAM 中，在 SDRAM 中運行。也可以手動按下 GPRS 模組上的 ON/OFF 按鍵，大約 2 秒之后松開，GPRS 模組亦可以被啟動。圖 412 防火聲光報警器電路原理圖人體會發(fā)射出的 10um 左右的特定波長紅外線，用專門設(shè)計的傳感器就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號。S3C2440 芯片提供了一個 USBHOST 接口，但是對于目前的眾多 USB 設(shè)備來講不太夠用，所以 S3C2440 實驗儀擴展了 USB——HUB 接口，可以擴展四路 USB 設(shè)備，方便 USB 鍵盤、USB 鼠標(biāo)、USB 攝像頭、USB 無線網(wǎng)卡等USB 設(shè)備同時使用，但是由于 S3C2440 實驗儀本身外擴了 SATA 硬盤，該硬盤在正常使用時需要占用一個 USB 主通道，板子只預(yù)留了三路 USB 接口。（2）ARM 平臺 Linux 系統(tǒng)搭建為了提高嵌入式開發(fā)效率，一個完善的嵌入式開發(fā)環(huán)境是必不可少的。交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境。BootLoader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用 BootLoader 的這種工作模式。帶操作系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)軟件上主要工作為針對自己開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)進行系統(tǒng)和應(yīng)用支撐軟件的移植；在嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件上進行二次開發(fā)，形成自己的嵌入式系統(tǒng)。傳感器的光譜范圍為1～10μm ，中心為 6μm，均處于紅外波段，是由裝在 TO－5 型金屬外殼的硅窗的光學(xué)特性所決定。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）32圖 49 中央控制器控制安防硬件連接框圖安防系統(tǒng)中燃氣傳感器采用 MQ6，它所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。同時，模組內(nèi)具備 TCP/IP 協(xié)議棧，可以直接利用它實現(xiàn)無線上網(wǎng)。? 具有電源管理功能，可以使系統(tǒng)以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產(chǎn)品功耗。它的內(nèi)容主要包括：日志管理、數(shù)據(jù)交互、人機界面和對內(nèi)通信。表 43 溫控設(shè)備溫度設(shè)定的數(shù)據(jù)包幀格式 設(shè)備 ID 設(shè)備類別 命令 數(shù)據(jù) 校驗字02H 01H 01H(001B) 01H 07H,FFH 校驗字命令請求 設(shè)備編號 模擬量控制 溫度設(shè)定 對應(yīng) 20度1～6 字節(jié)取異或 家庭網(wǎng)關(guān)的構(gòu)建基于 ZigBee 無線通信技術(shù)的家庭控制網(wǎng)絡(luò)為家庭內(nèi)部各個終端之間的信息交換提供了一個統(tǒng)一和較為完善的網(wǎng)絡(luò)平臺，使得智能化和自動化的范圍從單個節(jié)點和單個設(shè)備擴充到整個家庭范圍，在一定程度上完成了智能家居控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。首先，傳感器電源的監(jiān)測是個重要的問題。這樣就完成了節(jié)點的插入。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21程序初始化NOPRIMITIVEY是否已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)是否要加入網(wǎng)絡(luò)是否作為老節(jié)點加入是否發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是否要發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)加入原有網(wǎng)絡(luò)成功加入網(wǎng)絡(luò)YNNYNYYNNY圖 41 家居設(shè)備節(jié)點工作流程 家居設(shè)備主節(jié)點家居主節(jié)點是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，要求必須由至少一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的 FFD 設(shè)備組成，一方面它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個過程，主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個方面，另一方面作為家庭網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點之間的橋梁，完成家庭網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點的通信。智能設(shè)備節(jié)點使用 TI 公司的 CC2430 綜合解決方案作為主要硬件平臺，CC2430 模塊中除了 ZigBee 收發(fā)模塊之外，還包含了一個具有較高處理能力的 MCU 內(nèi)核，單片機根據(jù)預(yù)先寫入的程序，采集傳感器信息、轉(zhuǎn)發(fā)命令和狀態(tài)信息，通過繼電器控制家居設(shè)備的工作。在這些路由結(jié)構(gòu)中樹形路由結(jié)構(gòu)較為簡單，同時有效性較強，適用于本文構(gòu)架的小規(guī)模且移動性不高的網(wǎng)絡(luò)可以考慮采用這種路由方式。其中 LQI 的值越高說明鏈路質(zhì)量越高，數(shù)據(jù)傳輸就越可靠；而網(wǎng)絡(luò)深度指標(biāo)，表明了該設(shè)備到達協(xié)調(diào)器的路由最小跳數(shù)。其中， 負責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由 ZigBee 聯(lián)盟制定。 協(xié)議架構(gòu)及其技術(shù)特點 滿足國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)制定的開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模式，該模型定義了 MAC 層和物理層，如圖 31 所示。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11ZigBee 的 MAC 層采用 碰撞避免機制，這種方式大大提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴ＨA北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）10 近程傳輸網(wǎng)絡(luò)的分析與選擇智能家居網(wǎng)絡(luò)通常能夠分為家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)兩種。家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居控制系統(tǒng)的核心部分，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種設(shè)備之間的信息交換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時網(wǎng)關(guān)一般還負責(zé)家庭家居設(shè)備的管理和控制。 論文的主要內(nèi)容本文將圍繞以下內(nèi)容展開研究：單片機和嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用、相關(guān)開發(fā)軟件，傳感器技術(shù)及其應(yīng)用，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和射頻芯片應(yīng)用，圖像處理技術(shù)。美國電子工業(yè)協(xié)會于 1988 年編制了第 1 個適用于家庭住宅的電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即《家庭自動化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》 ，也有稱之為家庭總線系標(biāo)準(zhǔn)（HBS） ，我國也從 1997 年初開始制定《小康住宅電氣設(shè)計（標(biāo)準(zhǔn)）導(dǎo)則》 （討論稿） 。因智能家居控制系統(tǒng)簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的智能家居的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 ............................................................IABSTRACT...........................................................II第 1 章 緒論 .....................