【文章內容簡介】 統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電)通過家庭網(wǎng)絡連接到一起。一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備，比如，通過無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別方式控制家用設備。另一方面，智能家居內的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶控制也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。 與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，即提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性。 在我國，智能化住宅和智能化家居雖然起步比較晚，但發(fā)展速度很快。80年代，我國居住條件非常困難，根本談不上智能化的問題。80年代初所建成的住宅，其電器設計內容僅在以下方面:樓房照明系統(tǒng)、高層供水泵控制系統(tǒng)和消防泵控制系統(tǒng)。生活用水的計量則主要是按戶或按人口數(shù)收費。弱電系統(tǒng)也是從80年代開始才陸續(xù)設置電話配線和公用電視天線系統(tǒng)。80年代末90年代初，我國家庭基本實現(xiàn)電器化，住宅內的弱電系統(tǒng)有所增加，如對講系統(tǒng)等。到了90年代末，電腦、有線電視、機頂盒、移動通信等數(shù)字化通信產(chǎn)品開始走進家庭。4 需求分析 用戶需求1．系統(tǒng)需要完成的任務有：接收和處理單片機發(fā)送過來的傳感器信息；處理傳感器信息并通過短信發(fā)送給手機；通過GSM接收和發(fā)送短信數(shù)據(jù)；分析處理接收到的短信，得出相應操作信息發(fā)送給單片機并將操作反饋給手機；在TFTLCD上構建圖形窗口，建立操作界面。（1）智能家居注重滿足人們在方便性和舒適度方面的需求,如:遙控功能(遙控控制家居范圍內所有的燈,窗簾及其他電氣設備),網(wǎng)絡化控制、場景控制,本地控制等。 （2）高性價比。在系統(tǒng)設計中要充分考慮系統(tǒng)的性能和價格的要求,使系統(tǒng)在較低成本的條件下,盡可能滿足用戶需求。 （3）通用性。目前所有的智能家居技術都處于發(fā)展階段,所以系統(tǒng)設計時,要注意選擇兼容性好,符合國際通用協(xié)議的技術。 （4）兼容性和可擴展性。隨著智能家居技術的不斷發(fā)展,會有越來越多的家居智能化產(chǎn)生,因此,在智能家居系統(tǒng)的設計之初,就必須考慮系統(tǒng)未來的兼容和發(fā)展。（5）布線簡潔。易于安裝,符合大多數(shù)人的習慣。（6）安全性。包括所進行設計運行過程的安全性和耐久性 需求分析本設計主要解決接收和發(fā)送短信并在TFTLCD上顯示。由于監(jiān)控程序運行在嵌入式Linux下，這就涉及到Linux下與GSM模塊通信問題。 GSM信息接收處理　　基本功能為初始化Linux串口配置，接收串口發(fā)送過來的信息，進行字符串分析處理，分離出當前信息，以備圖形窗體程序使用。 處理信息及畫面顯示基本功能包括實現(xiàn)直觀的窗體界面，顯示當前傳感器狀態(tài)值，顯示接收到的短信。 系統(tǒng)結構框圖根據(jù)上述分析，系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖41所示：圖41 系統(tǒng)硬件結構框圖5 智能家居基本模塊及解決方案 智能家居的基本功能模塊 目前的智能家居行業(yè)，首先，處于一個初始發(fā)展時期，國際社會暫時還沒有形成一個公認的標準。其次，智能家居的應用場所一家庭住宅或住宅小區(qū)，不同的實際環(huán)境也對智能家居提出了不同的要求與解決辦法。此外，居民都希望能夠對智能家居進行個性化配置，滿足自身的特殊需求。這樣的形勢，致使開發(fā)商在實施智能家居時的方式、范圍及側重點也不盡相同。有些用戶比較注重家電的智能控制，而有些用戶可能更加關心家庭安全防范，還有些用戶則希望建立相對全面的智能家居系統(tǒng)，滿足多方面的需求。功能模塊見下圖。圖51 功能模塊圖 家庭對外通信模塊 智能家居的最終目的都是為“滿足人們對舒適、方便、高效和符合綠色環(huán)境保護的需求”，其中“方便”要求家庭內部系統(tǒng)能夠通過家庭對外接口，實現(xiàn)家庭外部的遠程控制。家庭對外通信模塊的作用在于此，它在智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。具體來講，該模塊的功能是提供一個家庭內部與外部的通信鏈路，通信的內容是數(shù)據(jù)信息或指令信息，常用的通信媒介有電話、GSM短信、Internet等。隨著新技術的發(fā)展，家庭對外通信模塊從功能和方式上得到了豐富:功能上，過去只是完成簡單指令信息的單方傳輸，現(xiàn)在更多的是提供數(shù)據(jù)信息的通信，包括通信交流、商務、娛樂、教育、醫(yī)療保險等。方式上，從電話通信到Internet通信，再到GSM手機短信通信，越來越體現(xiàn)出通信方法的多樣化和簡便化。本設計選擇將GSM短信與Internet相結合的方式作為智能家居遠程控制方式，也就是將手機短信通過Internet發(fā)到能連網(wǎng)的家庭網(wǎng)關上，當然這需要用到一個中介:SP技術。 這種設計主要基于以下幾點考慮: (1) GSM短信不受環(huán)境限制，只要手機有信號的地方都可以隨時隨地發(fā)送，而且其成本低廉，所以應該充分利用。 (2) GSM短信控制方式，大多數(shù)設計者都是利用在家庭網(wǎng)關上插GPRS模塊來實現(xiàn)家庭網(wǎng)關與手機之間的通信，這樣做有兩大缺點:一是增加GPRS模塊就增加了系統(tǒng)的成本，二是對GPRS的驅動開發(fā)增大了開發(fā)的難度。 (3)近年來新出現(xiàn)的SP中介組織使短信在Internet上傳輸成為可能，而且它還提供方便的程序接口，幫助用戶在能連網(wǎng)的PC機或嵌入式網(wǎng)關上獲取短信內容，進而實現(xiàn)GSM短信的控制功能。同時，使用SP服務收費低、也免去了對硬件的驅動開發(fā)。 家庭網(wǎng)關模塊家庭網(wǎng)絡就是在家庭內部通過適當?shù)慕M網(wǎng)技術把家庭網(wǎng)關與其他設備組成可以進行信息交換的內部網(wǎng)絡，并通過家庭網(wǎng)關與外部網(wǎng)絡相連，形成面向家庭的業(yè)務提供平臺。在智能家居的實現(xiàn)過程中，家庭網(wǎng)關占據(jù)至關重要的位置。家庭網(wǎng)關是連接外部公網(wǎng)和家庭私網(wǎng)的關口，既負責家庭內部對公網(wǎng)的訪問和交互，又負責用戶從公網(wǎng)上對家庭網(wǎng)絡的訪問和控制，另外還要負責家庭內部設備的互連、互控等操作，因此，家庭網(wǎng)關成為智能家居研究的重點。本設計是選擇三星公司生產(chǎn)的S3C2410芯片作為嵌入式家庭網(wǎng)關。之所以選擇該芯片是基于以下幾點考慮； (1)它帶有MMU，支持Windows CE和大部分的Linux操作系統(tǒng)； (2)它主頻達到202MHZ，能夠滿足一般家庭網(wǎng)關數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰? (3)它具有三通道的UART口，為紅外通信提供接口； (4)它大約有上百個GPIO口可供用戶使用，使多個家用電器的接入網(wǎng)關成為可能； (5)它還有一個以太網(wǎng)口，使家庭網(wǎng)關能夠輕松接入Internet。 家庭安全防范模塊安全防范就是保障人們在生產(chǎn)、生活和一切社會活動中人身生命、財產(chǎn)和生產(chǎn)、生活設施不受侵犯，防止侵害行為的總稱。智能家居在滿足人們舒適、方便生活的同時，也要求為家庭提供安全防范方面的保障。它包含的內容有防止入侵、盜竊、破壞、爆炸等，它的原則是“以防為主，打防并舉”，安全防范工作貫徹“人防、技防、物防”相結合的方針政策。因此，智能家居將家庭安全防范模塊定義為其四個基本要素之一。設計將安全防范的內容分為兩部分，分別是家庭內部環(huán)境安全、家庭對外非法入侵預防，這兩方面都體現(xiàn)了現(xiàn)代技術在智能家居中的應用。設計中，由于條件等的限制，并沒有對安防模塊進行實驗。在此提出一套可行的安防方案，可供以后繼續(xù)研究實踐:(1)住宅內部采用被動紅外探測器、可燃氣體探測器、溫/濕度傳感器；(2)住宅外部可選擇窗磁、門磁開關、紅外探測器、玻璃破碎探測器、雙鑒探測器等；(3)住宅內外部的探測裝置與報警控制器通過無線方式相連；(4)報警控制器與中心控制器通過有線方式相連。 家庭設備自動控制模塊智能家居的初衷是解決家庭設備的自動控制問題，將更多的設備通過某種方式連接，達到統(tǒng)一、集中控制，為家庭生活帶來方便。因此，現(xiàn)代智能家居的最基本的功能需求體現(xiàn)在家庭設備的自動控制，家庭設備自動控制模塊也就成為其最基本的模塊。智能家居控制系統(tǒng)憑借各種檢測設備來收集外界數(shù)據(jù)，將收集的數(shù)據(jù)交給以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)進行處理和運算，通過RS485總線管理和控制各控制終端，并進行處理、自動控制和調節(jié)。智能家居控制系統(tǒng)實現(xiàn)的具體功能包括：(1)家用設備的數(shù)據(jù)采集、處理和反饋。(2)本地控制。用戶通過控制系統(tǒng)上的鍵盤和顯示屏，對家用設備進行監(jiān)控。(3)遠程控制。用戶可以發(fā)送手機短信或通過互聯(lián)網(wǎng)對家庭系統(tǒng)進行查詢和控制。(4)自動報警。當檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時，及時觸發(fā)室內報警裝置，并通過發(fā)送報警短信等方式及時通知用戶。(5)溫度查詢。(6)防盜門密碼設置。(7)紅外加電控制。(8)燈具等開關量控制。(9)“三表”遠程自動抄送與門禁功能。對不同的家庭設備，設計給出了不同的解決方案: (1)對于電飯鍋、電燈一類的開關量家庭設備，建議采用以繼電器為核心的控制電路控制。具體方案為首先將繼電器、二極管、三極管、限流電阻等連接成一個控制電路，然后將繼電器的一個電源腳接到開發(fā)板的S3C2410芯片的一個GPIO引腳上，繼電器的另一個引腳接VCC，這樣，可以通過燒寫在S3C2410中的程序，來控制GPH1輸出高低電平，進而控制繼電器的吸合、斷開，然后由繼電器來控制家用電器的開關。 (2)對于電視機、空調一類提供紅外接口的家庭設備，通過統(tǒng)一的紅外控制器控制?？尚械姆桨甘遣捎眉t外模塊，紅外模塊可直接與S3C2410的UART口相連，這樣由S3C2410中的程序來發(fā)送和接收紅外數(shù)據(jù)?？赡苌婕暗降某绦蛴屑t外驅動程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序、接收數(shù)據(jù)程序等。(3)對于信息家電，首先通過網(wǎng)絡接口接入家庭以太網(wǎng)，如果信息家電支持家電生產(chǎn)廠商的遠程服務，智能家居系統(tǒng)便可以減少對它的操作，如果不支持，則需要借助于信息家電提供的以太網(wǎng)交互命令，通過智能家居系統(tǒng)執(zhí)行相關操作。6 模擬實現(xiàn)硬件、軟件設計 硬件選型 硬件是該系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，硬件選型是模擬實現(xiàn)的基礎。目前的市場上，智能家居解決方案中主控系統(tǒng)有