【正文】 的訪問的速度： SDRAM的接口原理圖如圖 3—7所示。 $3C2440A 是一款低功耗，高 性能，小尺寸的微控制器。 (2)低功耗： Zigbee 的突出優(yōu)勢是其功耗相當(dāng)?shù)停?ZigBee 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸率低， 消耗功率相應(yīng)也較低，其功耗遠(yuǎn)小于藍(lán)牙和 WiFi 的工作功耗。 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括立項(xiàng)階段，需求分析，設(shè)計(jì)階段，實(shí)現(xiàn)階段， 測試階段，部署階段等。 物聯(lián)網(wǎng)的從提卅到盛行，歷經(jīng) 20 年左右的時(shí)間， 1998 年麻省理工學(xué)院首次 提出物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想， 1999 年， Auto—ID 公司存物品編碼， RFID 技術(shù)的基礎(chǔ) I：提出 O 智能 家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 了物聯(lián)網(wǎng)的概念： 20xx 年國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《 ITU 互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告 20xx：物聯(lián)網(wǎng)》 并指出 “物聯(lián)網(wǎng) ”時(shí)代的來臨：此后各國相繼對物聯(lián)網(wǎng)做出技術(shù)規(guī)劃，大力發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮； 現(xiàn)目前的物聯(lián)網(wǎng)正如火如荼，美國市場研究公司 ABt Research 發(fā)布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)稱， 如今，物聯(lián)網(wǎng)上的無線連網(wǎng)設(shè)備總數(shù)已經(jīng)超過了 100 億臺，預(yù)計(jì) 2020年之前會 增加兩倍，達(dá)到300 億臺 168。 O 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第 2章相關(guān)理論和技術(shù) 本章將對智能家居系統(tǒng)相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行介紹。智能家居在中 國有一個(gè)發(fā)展歷程： 20xx 年 ——智能家居作為概念在廣播電臺、電視、報(bào)紙和雜志等諸多媒體 的廣泛宣傳，并被人們所接受； 20xx年 ——國內(nèi)一些機(jī)構(gòu)和公司在一些豪華的公寓和住宅中開始引入一些 國外的系統(tǒng)和產(chǎn)品； 20xx年～ 20xx 年 ——部分高檔、中檔住宅小區(qū)和私人住宅逐步實(shí)現(xiàn)一般意 義，卜．的智能化，國外智能家居產(chǎn)品開始進(jìn)入中國市場，國家智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 各種標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺： 20xx 年～ 20xx 年 ——美歐連網(wǎng)終端電器、設(shè)備大量 m現(xiàn)在市場 ． f：，國產(chǎn)智 能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已逐漸成熟，國 j札連網(wǎng)家用電器、設(shè)備有相當(dāng)?shù)囊?guī)模； 20xx 年～ 20xx 年 ——國內(nèi)智能家居技術(shù)與歐美國家的差距縮小，智能家庭 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)品開始走進(jìn)普通居民的家居，國內(nèi)自主研發(fā)產(chǎn)品占據(jù)市場大部分市場；國外的 產(chǎn)品占有一席之地【 14】。 基于上述應(yīng)用需求和背景，本論文在智能家居設(shè)計(jì)方面，針對兩個(gè)部分 —— 家電控制 jf 系統(tǒng)和體征數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)做了進(jìn)一步研究，改進(jìn)以往家電控制系統(tǒng)弊 O 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 端，實(shí)現(xiàn)安全有效的控制；體征數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過人們起居必備的床為平臺獲取 體征數(shù)據(jù)，并自動分析異常數(shù)據(jù)向親人、自己手機(jī)或外界發(fā)送提醒短信和體征數(shù) 據(jù)，也可通過家庭網(wǎng)關(guān)用遠(yuǎn)程終端查看體征數(shù)據(jù)。智能家居系統(tǒng)的原 型出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80年代后期的美國，計(jì)算機(jī)通信技 術(shù)快速發(fā)展，被應(yīng)用在住宅 通信，管理和控制家電，監(jiān)控家居環(huán)境，被稱為稱為 Smart Home 瞳 1。論文為本人親自撰寫，我對 所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。從整體來 看，本設(shè)計(jì)中需要解決的問題有：家庭網(wǎng)關(guān)平臺包括家庭網(wǎng)關(guān)處理器 $3C2440A 外圍接口設(shè)計(jì)， Linux操作系統(tǒng)， Zigbee 組網(wǎng)及傳輸協(xié)議， GSM模塊選型及系統(tǒng)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)，最后移植和配置 boa 服務(wù)器并設(shè) 計(jì)遠(yuǎn)程登錄管理界面。簡而言之，智能家居就是利用電 腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關(guān)的各種子系 統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)智 能家居公司都有其不同的特點(diǎn)，國外的智能家居系統(tǒng)基本采用總線技術(shù)，如霍尼 韋爾重點(diǎn)在安防，它集成了專業(yè)地安全防范及報(bào)警功能，具有燈光控制，電動窗 簾控制，溫度控制，場景設(shè)置及電子日歷集成等功能，可以通過電話、瓦聯(lián)網(wǎng)、 手機(jī)以及其它 WiFi 無線終端進(jìn)行設(shè)置； T作模式是：接口模塊 ——總線相連一 一軟件編程； TELETASK 重點(diǎn)在．?。刂?，對家庭常用設(shè)備如各種燈、電動窗簾、 暖氣、冷氣、家電等的集成控制提供了全面的解決方案；工作模式是：接 U 模塊 ——總線 相連 ——軟件編程；德國 Merten(莫頓 )instabus EIB智能控制系統(tǒng) 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 是通過 EIB 工具軟件 ETS 進(jìn)行系統(tǒng)配置和功能設(shè)置【 o】。 1． 4 主要內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu) 本論文采用智能家庭網(wǎng)關(guān)方案，對系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)做了概述：針對以往智能 家居子系統(tǒng) ——家電控制系統(tǒng)的不足做了改進(jìn)，并對改進(jìn)的家電控制模塊軟硬件 設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹；根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用需求，在對傳感器和人體特征研究基礎(chǔ)上， 對人體體征數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過互聯(lián)網(wǎng)和短信途徑獲取。引。 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用幾乎涵蓋所有行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，已經(jīng) 上升到國家戰(zhàn)略的高 度，進(jìn)入科技產(chǎn)業(yè)化的過程中。 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 表 21 幾種無線通信技術(shù)性能指標(biāo)比較 傳輸速率 250Kbps 1Mbps 6陋 4帕 b 陋 1Gbps b p 傳輸距離 (米 ) 100 lO 3 m0 10 功耗 低 較高 低 ： 一向； 低 網(wǎng)絡(luò)容量 (個(gè) ) 255 8 2 琊 5 255 成本 很低 由 低 高 由 傳輸方式 點(diǎn)對多點(diǎn) 點(diǎn)對多點(diǎn) 點(diǎn)對點(diǎn) 點(diǎn)對多點(diǎn) 點(diǎn)對多點(diǎn) 傳輸距離遠(yuǎn)、速 傳輸速率 成本低、體積 傳輸速度 傳輸速率 高、抗干擾 率小、低功耗、 快、短跳頻 小、功能低、 快、距離遠(yuǎn)， 性能強(qiáng)，系 譬≯篙墓簍鐾 快、穩(wěn)定、 連接方便、傳 多用戶同時(shí) 綜合性能 統(tǒng)容量大 抗干擾強(qiáng)， 輸安全，視距 接入時(shí)，速 發(fā)送功率 大、可靠性高、 傳輸范圍 傳輸 易受障礙 率下降，設(shè) 小，傳輸范 安全性強(qiáng) 受限 物干擾 備昂貴 圍小 根據(jù)表格，以上幾種技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)傳輸范圍小，功耗高，成本高且協(xié)議 較為復(fù)雜，抗干擾能力和信息安全性能等較弱。電源、時(shí)鐘、復(fù)位等外圍電路保證各硬 O 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 件資源穩(wěn)定運(yùn)行，電源電路為家庭網(wǎng)關(guān)供電，串口和 RJ45 網(wǎng)口用于內(nèi)部和外部 通信連接， flash 和 SDRAM是家庭網(wǎng)關(guān)外部存儲器，數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取傳感 器數(shù)據(jù)，傳感器獲取體征信息；家電控制模塊用于控制家用電器； 6SM 通信模塊 用于體征異常短信提醒。另外， $3C2440A 內(nèi)核需要 1． 25V 供電，儲存器及 I／ 0 U 等需要 3． 3v 供電，本文采用 LDl086D2M33穩(wěn)壓：簽片提供 3． 3V 儲存器及外部 I／ O 的供電，該：簽片最大輸出電流 1． 5A， 25 攝氏度時(shí)輸出精 度為 1％，其他溫度環(huán)境 ?卜為 2％，保證了足夠的輸出功率和精度：儲存器及外部 I／ O 采用的是 3． 3V供電。 Nor Flash 和 Nand Flash 接口如圖 3—8 所示。嵌入式開發(fā)過程中，嵌入式操作 系統(tǒng)需要通過移植才能使用。本設(shè)計(jì)中目標(biāo)平臺是基于 arm構(gòu)架的 $3C2440A 處理器， Linux移植包括幾個(gè)方面內(nèi)容。 R1 25 AO 瑚 29 LDAT 卸 L 加 0f 程 21 31 L 隊(duì) 1^39。電路設(shè)計(jì)如圖 3—3所示。 Zigbee 無線模塊，使用了 2． 4G 無線技術(shù)，通過自組網(wǎng)連接家居設(shè)備； 家電控制模塊通過 Zigbee無線模塊與家庭網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)。 基于以上幾種無線通信技術(shù)性能指標(biāo)的分析， Zigbee 技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)容量大、低 功耗、傳輸距 離遠(yuǎn)、成本低廉、架構(gòu)簡單、可自動組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且完全符合本設(shè) 計(jì)中智能家居數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)要求與低成本設(shè)計(jì)，因此，本系統(tǒng)的采用 Zigbee組 網(wǎng)技術(shù)㈨ 1。 2． 2 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)包括軟件和硬件兩大部分，本設(shè)計(jì)基于 ARM構(gòu)架和 l inux操作系 統(tǒng)，需要掌握 ARM嵌入式系統(tǒng)及體系結(jié)構(gòu)和 1inUX操作系統(tǒng)的開發(fā)流程等相關(guān)知 識，開發(fā)過程涵蓋了硬件、系統(tǒng)、軟件知識和設(shè)計(jì)。物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)物 與物之間的感知、通訊、識別等功能，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)，如傳感器感知技 術(shù)、物與物的互聯(lián)和組網(wǎng)技術(shù)、各種應(yīng)用的開發(fā)技術(shù)。 第二章：對智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用到一些技術(shù)進(jìn)行介紹，包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其 應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)概念及應(yīng)用和開發(fā)過程、短距無線通訊技術(shù)等并對幾種短距無 線通訊技術(shù)進(jìn)行優(yōu)劣比較并對本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的通訊技術(shù)選型。 通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)以后，隨著現(xiàn)場總線控制技術(shù)的飛速發(fā)展， 智能化已經(jīng)滲透到各行各業(yè)以及我們生活方方面面，智能家居隨著現(xiàn)場總線控制 技術(shù)迅速普及，智能家居領(lǐng)域未來充滿挑戰(zhàn)及機(jī)遇。 1． 2 選題的背景和意義 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)等都取得了快速的發(fā)展， 極大的提高了生產(chǎn)效率，改變了人們的生活和工作方式，對經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展起到 了至關(guān)重要的作用。 通過實(shí)驗(yàn)測試，模塊可以控制家電，獲取體征數(shù)據(jù)和提醒短信等， 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。所呈交的學(xué)位 論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。它集成 了綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)等， 其中家庭總線技術(shù)是智能住宅的基本單元也是智能住宅的核心 。其一智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性需要進(jìn)一步提升，以往的家 電控制系統(tǒng)通常采用電源控制和紅外控制兩種方案。 1． 3． 2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國的智能家居行業(yè)，興起于上世紀(jì)九十年代的末，相對國外起步較晚，最 早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內(nèi)陸發(fā)展。 第五章：模塊功能測試，設(shè)計(jì)智能網(wǎng)關(guān)平臺遠(yuǎn)程登錄管理界面，移植嵌入式 服務(wù)器，使遠(yuǎn)程終端能通過網(wǎng)頁查看體征數(shù)據(jù)和控制家電。 物聯(lián)網(wǎng)的終端的擴(kuò)展和延伸，實(shí)現(xiàn)物品與物品之問通信和信息交互。 嵌入式操作系統(tǒng)跟嵌入式微處理器一樣，也有很多種類，有名的操作系統(tǒng)有 Linux、 uClinux、 WinCE、 Symbian、 eCos、 uCOSII、 VxWorks 等，可以將嵌入 式操作系統(tǒng)分為兩類，一類是面向控制、通信等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如 windriver 公司的vxworks，另一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，比 較有名如 Microsoft 的WinCE 和 Google 的 Android等。在智能家居無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中選擇 ZigBee的最大優(yōu)勢可歸為以 下兒方面㈨。內(nèi)部通信：由于有線傳輸布 線繁瑣且不 利于后期維護(hù)，成本相對昂貴，無線通信是未來發(fā)展趨勢，本設(shè)計(jì)采 用 zigbee無線通信方式作為智能家居控制系統(tǒng)的內(nèi)部通信方式。 RS232接口采用 DB9一 DB9連接方式，有三根有效數(shù)據(jù)線，發(fā)送數(shù)據(jù) (TXD)、 接收數(shù)據(jù) (RXD)和地線， MAX3232來電平轉(zhuǎn)換及接口如圖 36所示。 L～嗽 39。 Linux操作系統(tǒng)包括引導(dǎo)程序， Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)。其接口電路圖如圖 39 所示?；?Nor Flash 和 Nand Flash 各自的 優(yōu)勢，本設(shè)計(jì)采用 Nor Flash 和 Nand Flash 兩種存儲器。一 一 一 ～ uj Flash ≯ Flash I 嵌入式微處理器l 一一一 [．：二二二蘭二二 =二二二二： 圖 32 嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建方式框圖 3． 2． 2家庭網(wǎng)關(guān)外圍電路 家庭網(wǎng)關(guān)外圍電路是指本設(shè)計(jì)中支持家庭網(wǎng)關(guān)執(zhí)行硬件功能所必需的基本 外圍電路，包括電源，復(fù)位電路， RJ45接口，調(diào)試接 口， SDRAM接口， flash接 口和時(shí)鐘、復(fù)位電路。 3． 1 智能家居系統(tǒng)方案 家庭網(wǎng)關(guān)在功能上要求一定的處理運(yùn)算能力， $3C2440A 基于 arm 內(nèi)核的五級 流水線微處理器，支持與 Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)的 RS232／ 485串口和與 因特網(wǎng)通信的 RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口：軟件方面，支持 linux系統(tǒng)，系統(tǒng)嵌入 boa嵌入 式服務(wù)器，遠(yuǎn)程管理的應(yīng)用軟件及各部分硬件驅(qū)動程序。短距離無線通信一般是指在較小區(qū)域內(nèi) (通常為數(shù)百米 )通信收發(fā)雙方通過 無線電波傳輸信息的技術(shù)，其特點(diǎn)是：距離短，通常幾厘米到幾百米；功耗低， 無線發(fā)射功率在 W 至 mw 量級；且不需申請頻率資源使用許可證，可 Band 超寬頻 )等心 。 在工業(yè)領(lǐng)域，手持設(shè)備可實(shí)現(xiàn) GPS定位、 RFID