【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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)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(dòng)化（ Home Automation）階段，這個(gè)時(shí)期是面向功能的階段，一部分的家庭電器之間形成了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，主要是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定單一的功能，例如單一的自動(dòng)抄表功能。但由于缺乏在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推廣的條件且價(jià)格昂貴，該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用極少。產(chǎn)品以功能模塊開發(fā)為主，基于國(guó)外成熟的智能家居標(biāo)準(zhǔn)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(cè)和識(shí)別算法在系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本系統(tǒng)主要針對(duì)用戶家庭 內(nèi)部進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：通過遠(yuǎn)程監(jiān)控家電運(yùn)行情況、通過溫度、煙霧傳感器檢測(cè)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(cái)產(chǎn)，具有防火防盜的功能 。 ? 屏幕分辨率可以達(dá)到 1024x768 象素，支持黑白、 4 級(jí)灰度、 16 級(jí)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(dá)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(hào)輸入 /輸出端。我們把光電傳感器的輸出引腳接單片機(jī)的 EINT5/GPF5 中斷引腳，程序中設(shè)定低電平觸發(fā)，當(dāng)有小偷靠近保險(xiǎn)柜或家居其他重要財(cái)產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)能捕捉到這一信號(hào)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(shí)間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系，實(shí)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(shí)間和功能完善同樣重要。要分析產(chǎn)品是否對(duì)系統(tǒng)底層有改動(dòng)的需 求，這種改動(dòng)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(jìn)的一個(gè)簡(jiǎn)單易用的 Bootloader。 根文件系統(tǒng)，是 Linux/Unix 系統(tǒng)啟動(dòng)的一個(gè)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(duì)虛擬機(jī)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(shí)現(xiàn) ，以及嵌入式軟件開發(fā)層次等。本設(shè)計(jì)就是用動(dòng)態(tài)可加載方式逐個(gè)模塊調(diào)試好，調(diào)試好后在直接編譯進(jìn)內(nèi)核中，然后開機(jī)就運(yùn)行應(yīng)用程序。 ? /mnt 存放臨時(shí)掛載某個(gè)文件系統(tǒng)的掛接點(diǎn)，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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)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(zhǔn)備好硬件環(huán)境并引導(dǎo)內(nèi)核的啟動(dòng)。 建立交叉編譯環(huán)境 在 Linux 平臺(tái)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(chǎng)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(tuán)隊(duì)越來越多，其資源也逐漸豐富起來，可以說是新的趨勢(shì)。 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(jiǎn)潔、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，最小內(nèi)核可編譯至 2KB，一般情況下占用 10KB數(shù)量級(jí)。 圖 繼電器原理圖 ARM 是一個(gè)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(dòng)電流在 mA 級(jí)以下，而要把它的輸出用于一些大功率場(chǎng)合，比如控制步進(jìn)電機(jī)，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：?jiǎn)坞娫? ～ 。 ? 1 個(gè)可調(diào)電阻，用于 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)試。 ? SDRAM 內(nèi)存： ? 在板 64M SDRAM， 32bit 數(shù)據(jù)總線， SDRAM 時(shí)鐘頻率高達(dá) 100MHz。同時(shí)還要充分考慮到用戶體驗(yàn)，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(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，以及智能家居平臺(tái)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。 我國(guó)的智能 家居相對(duì)于國(guó)外起步較晚， 尚未形成一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外，日韓新等國(guó)的龍頭企業(yè)紛紛致力于家居智能化的開發(fā)，對(duì)家居市場(chǎng)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(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)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(jì)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(yùn)用高性能、接口豐富、方便移植與擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，并且利用嵌入式操作系 統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，將嵌入式技術(shù)作為智能家居控制器的開發(fā)平臺(tái)，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(tái)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(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)，建立一個(gè)由家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)等組成的家庭服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，從而實(shí)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(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 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(guó)家有關(guān)部門或機(jī)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(jī)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(jì) 通過對(duì)智能家居系統(tǒng)的分析，確定了總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。 它能夠自動(dòng)控制和管理家電設(shè)備，對(duì)家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并且能夠?yàn)榱毫υ矗夯谖锫?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(chǎng)上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有： （ 1） X10 系統(tǒng)（美國(guó)），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用集中控制方式實(shí) 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(guó)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(dòng)電話作為移動(dòng)數(shù)字控制中心。最后簡(jiǎn)單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容 和設(shè)計(jì)思路。智能家居系統(tǒng)大部分時(shí)間都在運(yùn)行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯(cuò)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(chǔ)： ? 256M Nand Flash, 掉電非易失。 ? 1 個(gè) I2C 總線 AT24C08 芯片，用于 I2C 總線測(cè)試。 ? 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 。 ? 測(cè)溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測(cè)溫分辨率為 ℃。它可以用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。因此，就要設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接，這個(gè)銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動(dòng)”。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴(kuò)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(shí)候，不僅要考慮到對(duì)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(gè)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(qiáng)大，與硬件兼容性好，可任意裁減等諸多特點(diǎn)，同時(shí)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(gè)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(yùn)行來引導(dǎo)操作系統(tǒng)運(yùn)行，很容易可以看出 bootloader 是底層程序所以它的實(shí)現(xiàn)嚴(yán)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(duì)一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機(jī)制。用來臨時(shí)掛載光盤、移動(dòng)存儲(chǔ)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(tái)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(yùn)行。盡管如此，一些功能強(qiáng)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(rèn)可的、較為通用的的 bootloader 實(shí)現(xiàn)。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 配置網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡(jiǎn)寫，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)， NFS 允許一個(gè)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(tái)也都不一樣，所以對(duì)系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。 （ 1） 市場(chǎng)進(jìn)入時(shí)間。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ? VxWorks VxWorks 是美國(guó) WindRiver System 公司開發(fā)的一款嵌入式實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。此處，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層意思：一是通過 GPIO 口對(duì)繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器對(duì)于 ARM 來說是一個(gè)功率器件；另一個(gè)就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，也可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，因此繼電 器驅(qū)動(dòng)就是 ARM 與其塔大功率負(fù)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(jiǎn)單易用，正確接好線之后輸入 高電平，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物時(shí)會(huì)一直輸出低電平信號(hào)。 ? 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(shí)時(shí)時(shí)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(jí)灰度、 16 級(jí)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(shí)，還要求產(chǎn)品外觀小、功耗低、成本低和擴(kuò)展性號(hào)的特點(diǎn)。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(duì)中國(guó)家庭設(shè)計(jì)的，遵循國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及末端設(shè)備。因?yàn)閷?shí)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(hào)傳送給接收器從而實(shí)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(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠渌到y(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(fèi)用高、工期長(zhǎng)。 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 智能家居的發(fā)展分為三個(gè)階段 [2]： 首先是家庭電子化（ Home Electronics）階段，這個(gè)時(shí)期主要是面向單個(gè)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(shí)現(xiàn)房屋的遠(yuǎn)程