【正文】 o protect the safety of personnel, objects, convenient to the user at any time in the shortest possible time to understand and grasp housing situation. Keywords: Inter of things, Smart home, Remote control20xx 屆計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒 論 隨著人們生活水平的提高，電子技術(shù)，通信技術(shù)和自動化技術(shù)的日趨完善，家居智能化相應(yīng)也就出現(xiàn)在了人們的生活中。 其次是住宅自動化（ Home Automation）階段，這個時期是面向功能的階段，一部分的家庭電器之間形成了簡單的網(wǎng)絡(luò)，主要是為了實現(xiàn)某個特定單一的功能，例如單一的自動抄表功能。但由于缺乏在國內(nèi)市場推廣的條件且價格昂貴，該系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用極少。產(chǎn)品以功能模塊開發(fā)為主，基于國外成熟的智能家居標準之上。嵌入式處理器的性能得到了顯著地提高，這就為以嵌入式為基礎(chǔ)的智能化家居系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)，使較復(fù)雜的檢測和識別算法在系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本系統(tǒng)主要針對用戶家庭 內(nèi)部進行遠程控制，主要實現(xiàn)的功能有：通過遠程監(jiān)控家電運行情況、通過溫度、煙霧傳感器檢測家居溫度、空氣質(zhì)量的情況，通過光電傳感器監(jiān)控家庭重要財產(chǎn)，具有防火防盜的功能 。 ? 屏幕分辨率可以達到 1024x768 象素，支持黑白、 4 級灰度、 16 級灰度、 256色、 64K 色、真彩色 TFT 液晶屏；尺寸從 寸到 寸，屏幕分辨率可以達到 1024x768 象素。 ? 電源接口 (5V)，帶電源開關(guān)和指示燈。 ? 短信息： MT, MO, CB 和 PDU 模式 。 圖 DS18B20 封裝及原理圖 DS18B20 引腳功能說明如下： （ 1） DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端。我們把光電傳感器的輸出引腳接單片機的 EINT5/GPF5 中斷引腳，程序中設(shè)定低電平觸發(fā)，當有小偷靠近保險柜或家居其他重要財產(chǎn)時，系統(tǒng)能捕捉到這一信號從而做出反應(yīng)。 ARM 的 I/O 口輸出電壓高電平為 ，直接接上繼電器后電平被拉低，無法控制繼電器的閉合。 VxWorks 支持各種主流的 32 位處理器，如 X8 Motorola MC68xxx、 Clodfile、PowerPC、 MIPS,ARM 等。制定產(chǎn)品時間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系，實際產(chǎn)品和一般演梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 18 示是不同的，上市時間和功能完善同樣重要。要分析產(chǎn)品是否對系統(tǒng)底層有改動的需 求，這種改動是否伴隨 著產(chǎn)品特色。目前， Mini2440 開發(fā)板支持 Yaffs2。通過使用 NFS，用戶和程序可以像訪問本地文件一樣訪問別的系統(tǒng)上的文件。 此次開發(fā)板引導(dǎo)程序用的是 Supervivi，它是友善之臂基于 vivi 改進的一個簡單易用的 Bootloader。 根文件系統(tǒng)，是 Linux/Unix 系統(tǒng)啟動的一個重要的組成部分，也是操作系統(tǒng)正常工作的必要組成部分。分別對虛擬機安裝，交叉編譯環(huán)境、在 Linux 服務(wù)器上安裝交叉 編譯工具鏈、嵌入式 Linux 內(nèi)核的配置和編譯， YAFFS32文件系統(tǒng)的實現(xiàn) ，以及嵌入式軟件開發(fā)層次等。本設(shè)計就是用動態(tài)可加載方式逐個模塊調(diào)試好，調(diào)試好后在直接編譯進內(nèi)核中，然后開機就運行應(yīng)用程序。 ? /mnt 存放臨時掛載某個文件系統(tǒng)的掛接點，通常是空目錄，也可以在里面創(chuàng)建一引起空的子目錄，比如 /mnt/cdram /mnt/hda1 。然后執(zhí)行“ make menuconfig‖，打開內(nèi)核配置界面，配置好內(nèi)核后通過執(zhí)行“ make zImage‖命令編譯內(nèi)核，編譯結(jié)束后20xx 屆計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 在 /arch/arm/boot 目錄下生成 Linux 內(nèi)核映像文件 zImage。通過這段代碼實現(xiàn)硬件的初始化，建立內(nèi)存空間的映射圖，為操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好硬件環(huán)境并引導(dǎo)內(nèi)核的啟動。 建立交叉編譯環(huán)境 在 Linux 平臺下，要為開發(fā)板編譯內(nèi)核，圖形界面 Qtopia， bootloader，還有其他一些應(yīng)用程序，均需要交叉編譯工具鏈。 嵌入式操作系統(tǒng)選擇了嵌入式Linux[10]。近來的市場需求顯示，越來越多的嵌入式系統(tǒng)，均要求提供全功能的 Web 瀏覽器。目前，網(wǎng)絡(luò)上研究 WinCE 的開發(fā)團隊越來越多，其資源也逐漸豐富起來，可以說是新的趨勢。 μ C/OSII 主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、結(jié)構(gòu)簡潔、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，最小內(nèi)核可編譯至 2KB，一般情況下占用 10KB數(shù)量級。 圖 繼電器原理圖 ARM 是一個弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在電壓為 5V 甚至更低、驅(qū)動電流在 mA 級以下，而要把它的輸出用于一些大功率場合，比如控制步進電機，很顯然是不可行的。光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。 ? 不需要外圍任何元件。 ? 電源：單電源 ～ 。 ? 1 個可調(diào)電阻，用于 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換測試。 ? SDRAM 內(nèi)存： ? 在板 64M SDRAM， 32bit 數(shù)據(jù)總線， SDRAM 時鐘頻率高達 100MHz。同時還要充分考慮到用戶體驗，注重操作的便利化和直觀性，注重完美的圖形化控制界面。 本章小結(jié) 本章主要分析了智能家居的研究背景，以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，以及智能家居平臺系統(tǒng)的技術(shù)特點。 我國的智能 家居相對于國外起步較晚， 尚未形成一定的國家標準。此外，日韓新等國的龍頭企業(yè)紛紛致力于家居智能化的開發(fā)，對家居市場更是躍躍欲試。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi) 外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。 本設(shè)計利用 32 位嵌入式 ARM 處理器 S3C2440 作為智能家居控制系統(tǒng)的核心控制器 ，運用高性能、接口豐富、方便移植與擴展性好等優(yōu)點，并且利用嵌入式操作系 統(tǒng)實時性強、可靠性高、資源豐富等優(yōu)勢，將嵌入式技術(shù)作為智能家居控制器的開發(fā)平臺，使智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)能夠變 為在嵌入式平臺上的二次開發(fā)，從而縮短開發(fā)周期，并且節(jié)約資源。 “智能家居”，又稱智能住宅，是通過采用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)，建立一個由家庭安全防護系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和家庭自動化系統(tǒng)等組成的家庭服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全面、安全、舒適的居住環(huán)境以及便利的通訊網(wǎng)絡(luò)家庭住宅。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù) 印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。把與家庭生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機結(jié)合在一起統(tǒng)一管理，使生活舒適、安全、和高效，具有良好的發(fā)展前景。 該設(shè)計 通過對智能家居系統(tǒng)的分析，確定了總體架構(gòu)設(shè)計。 它能夠自動控制和管理家電設(shè)備，對家庭環(huán)境的安全進行監(jiān)控報警，并且能夠為梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 2 住戶提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。 目前市場上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有： （ 1） X10 系統(tǒng)（美國），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺，采用集中控制方式實 現(xiàn)。目前，主要采梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 4 用國外的一些技術(shù)產(chǎn)品，但也有一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，主要有： （ 1） e 家庭（海爾），該系列產(chǎn)品以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，海爾移動電話作為移動數(shù)字控制中心。最后簡單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容 和設(shè)計思路。智能家居系統(tǒng)大部分時間都在運行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。 ? FLASH 存儲： ? 256M Nand Flash, 掉電非易失。 ? 1 個 I2C 總線 AT24C08 芯片，用于 I2C 總線測試。 ? 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 。 ? 測溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測溫分辨率為 ℃。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強等。因此，就要設(shè)計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴展性能，如果需要的話可以自行加入。 選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù) 在選擇軟件開發(fā)方式和操作系統(tǒng)的時候，不僅要考慮到對硬件系統(tǒng)的支持，還要考慮軟件開發(fā)的周期等問題。而這就要求有一個高性能、高可靠的 GUI 的支持。 Linux 作為一款開源軟件，具有功能強大，與硬件兼容性好，可任意裁減等諸多特點，同時在 Linux 系統(tǒng)下 支持很多開源軟件，在一定程度上減小了開發(fā)的難度。 之前的系統(tǒng)，要使用不同 的編譯器版本才能正常編譯各個部分，因此要在開發(fā)過程不斷切換設(shè)置，這十分不利于初學(xué)者使用，也降低了開發(fā)的效率；自從 開始 (Mini2440 所配內(nèi)核已為最新的 )，我們把交叉編譯器統(tǒng)一為，下面是它的安裝設(shè)置步驟。 bootloader位于最底層，首先被運行來引導(dǎo)操作系統(tǒng)運行，很容易可以看出 bootloader 是底層程序所以它的實現(xiàn)嚴重地依賴于硬件，特別是在嵌 入式世界。 根文件系統(tǒng) 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。用來臨時掛載光盤、移動存儲設(shè)備等。 一般來說， Linux 系統(tǒng)將設(shè)備分為 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。 本章小結(jié) 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建過程。在 Linux 中沒有文件系統(tǒng)的話，用戶和操作系統(tǒng)的交互也就斷開了，所有應(yīng)用用戶程序，都沒有辦法運行。盡管如此，一些功能強大、支持硬件環(huán)境較多的 BootLoader 也被廣大的使用者和愛好者所支持，從而形成了一些被廣泛認可的、較為通用的的 bootloader 實現(xiàn)。 20xx 屆計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 配置網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡寫，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)， NFS 允許一個系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上與他人共享文件。 在文件系統(tǒng)方面，目前 FLASH 上常用的文件系統(tǒng)主要有 JFFS CRAMFS、 YaffsROMFS 以及 ROMFS 等。信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結(jié)構(gòu)的單純性，用戶的需求是千差萬別的，硬件平臺也都不一樣，所以對系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。 （ 1） 市場進入時間。 20xx 屆計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 ? VxWorks VxWorks 是美國 WindRiver System 公司開發(fā)的一款嵌入式實時 操作系統(tǒng)具有良好的可靠性和卓越的實時性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。此處，繼電器驅(qū)動含有兩層意思：一是通過 GPIO 口對繼電器本身進行驅(qū)動，因為繼電器對于 ARM 來說是一個功率器件；另一個就是繼電器去驅(qū)動其它負載，比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器，也可以直接驅(qū)動接觸器，因此繼電 器驅(qū)動就是 ARM 與其塔大功率負載的接口。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 14 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡單易用，正確接好線之后輸入 高電平，當檢測到有障礙物時會一直輸出低電平信號。 ? PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 ? 天線：由天線連接器連接外部天線 。 ? 板載實時時鐘電池。 ? LCD 顯示： ? 板上集成 4 線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏， 支持黑白、 4 級灰度、 16 級灰度、 256 色、 4096 色 STN 液晶屏，尺寸從 寸到 寸。在要求智能家居控制系統(tǒng)方便快捷的同時，還要求產(chǎn)品外觀小、功耗低、成本低和擴展性號的特點。而嵌入式技術(shù)在最近幾年得到了廣闊的發(fā)展 [5]。 （ 2） ehome 數(shù)字家園（清華同方），該智能家居控制系統(tǒng)是專門針對中國家庭設(shè)計的，遵循國際技術(shù)標準， 采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及末端設(shè)備。因為實現(xiàn)同樣的功能， X10 家居控制系統(tǒng)是利用 220v 電力線將發(fā)射器發(fā)出的 X10 信號傳送給接收器從而實現(xiàn)智能化的控制，因此采用這套系統(tǒng)不需要額外的布線，這也是這套系統(tǒng)的最大的一個優(yōu)勢，因為其它系統(tǒng)基本上都需要布低壓線，在墻上或地面開槽、鉆孔，施工難度大、費用高、工期長。 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 智能家居的發(fā)展分為三個階段 [2]： 首先是家庭電子化（ Home Electronics）階段，這個時期主要是面向單個的電器，家庭電器之間并沒有形成網(wǎng)絡(luò)，亦沒有大的聯(lián)系。 最終 利用 人體紅外傳感器 (infrared sensor)、 GSM 模塊、 溫度傳感器 (temperature transmitter)、 光電 傳感器 (photoelectric sensor)，煙霧傳感器 (MQ2)，繼電器等，結(jié)合電路組裝成系統(tǒng)， 實現(xiàn)房屋的遠程