【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電)通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別方式控制家用設(shè)備。另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)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(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)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(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性。 在我國(guó)，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(guó)居住條件非常困難，根本談不上智能化的問(wèn)題。80年代初所建成的住宅，其電器設(shè)計(jì)內(nèi)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(jì)量則主要是按戶或按人口數(shù)收費(fèi)。弱電系統(tǒng)也是從80年代開(kāi)始才陸續(xù)設(shè)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(guó)家庭基本實(shí)現(xiàn)電器化，住宅內(nèi)的弱電系統(tǒng)有所增加，如對(duì)講系統(tǒng)等。到了90年代末，電腦、有線電視、機(jī)頂盒、移動(dòng)通信等數(shù)字化通信產(chǎn)品開(kāi)始走進(jìn)家庭。4 需求分析 用戶需求1．系統(tǒng)需要完成的任務(wù)有：接收和處理單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的傳感器信息；處理傳感器信息并通過(guò)短信發(fā)送給手機(jī)；通過(guò)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(yīng)操作信息發(fā)送給單片機(jī)并將操作反饋給手機(jī)；在TFTLCD上構(gòu)建圖形窗口，建立操作界面。（1）智能家居注重滿足人們?cè)诜奖阈院褪孢m度方面的需求,如:遙控功能(遙控控制家居范圍內(nèi)所有的燈,窗簾及其他電氣設(shè)備),網(wǎng)絡(luò)化控制、場(chǎng)景控制,本地控制等。 （2）高性價(jià)比。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要充分考慮系統(tǒng)的性能和價(jià)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(shù)都處于發(fā)展階段,所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要注意選擇兼容性好,符合國(guó)際通用協(xié)議的技術(shù)。 （4）兼容性和可擴(kuò)展性。隨著智能家居技術(shù)的不斷發(fā)展,會(huì)有越來(lái)越多的家居智能化產(chǎn)生,因此,在智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初,就必須考慮系統(tǒng)未來(lái)的兼容和發(fā)展。（5）布線簡(jiǎn)潔。易于安裝,符合大多數(shù)人的習(xí)慣。（6）安全性。包括所進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程的安全性和耐久性 需求分析本設(shè)計(jì)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(yùn)行在嵌入式Linux下，這就涉及到Linux下與GSM模塊通信問(wèn)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(guò)來(lái)的信息，進(jìn)行字符串分析處理，分離出當(dāng)前信息，以備圖形窗體程序使用。 處理信息及畫(huà)面顯示基本功能包括實(shí)現(xiàn)直觀的窗體界面，顯示當(dāng)前傳感器狀態(tài)值，顯示接收到的短信。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上述分析，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示：圖41 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)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(gè)初始發(fā)展時(shí)期，國(guó)際社會(huì)暫時(shí)還沒(méi)有形成一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。其次，智能家居的應(yīng)用場(chǎng)所一家庭住宅或住宅小區(qū)，不同的實(shí)際環(huán)境也對(duì)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?qū)χ悄芗揖舆M(jìn)行個(gè)性化配置，滿足自身的特殊需求。這樣的形勢(shì)，致使開(kāi)發(fā)商在實(shí)施智能家居時(shí)的方式、范圍及側(cè)重點(diǎn)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(guān)心家庭安全防范，還有些用戶則希望建立相對(duì)全面的智能家居系統(tǒng)，滿足多方面的需求。功能模塊見(jiàn)下圖。圖51 功能模塊圖 家庭對(duì)外通信模塊 智能家居的最終目的都是為“滿足人們對(duì)舒適、方便、高效和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求”，其中“方便”要求家庭內(nèi)部系統(tǒng)能夠通過(guò)家庭對(duì)外接口，實(shí)現(xiàn)家庭外部的遠(yuǎn)程控制。家庭對(duì)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(lái)講，該模塊的功能是提供一個(gè)家庭內(nèi)部與外部的通信鏈路，通信的內(nèi)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(shù)的發(fā)展，家庭對(duì)外通信模塊從功能和方式上得到了豐富:功能上，過(guò)去只是完成簡(jiǎn)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(wù)、娛樂(lè)、教育、醫(yī)療保險(xiǎn)等。方式上，從電話通信到Internet通信，再到GSM手機(jī)短信通信，越來(lái)越體現(xiàn)出通信方法的多樣化和簡(jiǎn)便化。本設(shè)計(jì)選擇將GSM短信與Internet相結(jié)合的方式作為智能家居遠(yuǎn)程控制方式，也就是將手機(jī)短信通過(guò)Internet發(fā)到能連網(wǎng)的家庭網(wǎng)關(guān)上，當(dāng)然這需要用到一個(gè)中介:SP技術(shù)。 這種設(shè)計(jì)主要基于以下幾點(diǎn)考慮: (1) GSM短信不受環(huán)境限制，只要手機(jī)有信號(hào)的地方都可以隨時(shí)隨地發(fā)送，而且其成本低廉，所以應(yīng)該充分利用。 (2) GSM短信控制方式，大多數(shù)設(shè)計(jì)者都是利用在家庭網(wǎng)關(guān)上插GPRS模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與手機(jī)之間的通信，這樣做有兩大缺點(diǎn):一是增加GPRS模塊就增加了系統(tǒng)的成本，二是對(duì)GPRS的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)增大了開(kāi)發(fā)的難度。 (3)近年來(lái)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(jī)或嵌入式網(wǎng)關(guān)上獲取短信內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)GSM短信的控制功能。同時(shí)，使用SP服務(wù)收費(fèi)低、也免去了對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。 家庭網(wǎng)關(guān)模塊家庭網(wǎng)絡(luò)就是在家庭內(nèi)部通過(guò)適當(dāng)?shù)慕M網(wǎng)技術(shù)把家庭網(wǎng)關(guān)與其他設(shè)備組成可以進(jìn)行信息交換的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相連，形成面向家庭的業(yè)務(wù)提供平臺(tái)。在智能家居的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，家庭網(wǎng)關(guān)占據(jù)至關(guān)重要的位置。家庭網(wǎng)關(guān)是連接外部公網(wǎng)和家庭私網(wǎng)的關(guān)口，既負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部對(duì)公網(wǎng)的訪問(wèn)和交互，又負(fù)責(zé)用戶從公網(wǎng)上對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)和控制，另外還要負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部設(shè)備的互連、互控等操作，因此，家庭網(wǎng)關(guān)成為智能家居研究的重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是選擇三星公司生產(chǎn)的S3C2410芯片作為嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)。之所以選擇該芯片是基于以下幾點(diǎn)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(dá)到202MHZ，能夠滿足一般家庭網(wǎng)關(guān)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(gè)GPIO口可供用戶使用，使多個(gè)家用電器的接入網(wǎng)關(guān)成為可能； (5)它還有一個(gè)以太網(wǎng)口，使家庭網(wǎng)關(guān)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?cè)谏a(chǎn)、生活和一切社會(huì)活動(dòng)中人身生命、財(cái)產(chǎn)和生產(chǎn)、生活設(shè)施不受侵犯，防止侵害行為的總稱(chēng)。智能家居在滿足人們舒適、方便生活的同時(shí)，也要求為家庭提供安全防范方面的保障。它包含的內(nèi)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(jié)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(gè)基本要素之一。設(shè)計(jì)將安全防范的內(nèi)容分為兩部分，分別是家庭內(nèi)部環(huán)境安全、家庭對(duì)外非法入侵預(yù)防，這兩方面都體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)中，由于條件等的限制，并沒(méi)有對(duì)安防模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此提出一套可行的安防方案，可供以后繼續(xù)研究實(shí)踐:(1)住宅內(nèi)部采用被動(dòng)紅外探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、溫/濕度傳感器；(2)住宅外部可選擇窗磁、門(mén)磁開(kāi)關(guān)、紅外探測(cè)器、玻璃破碎探測(cè)器、雙鑒探測(cè)器等；(3)住宅內(nèi)外部的探測(cè)裝置與報(bào)警控制器通過(guò)無(wú)線方式相連；(4)報(bào)警控制器與中心控制器通過(guò)有線方式相連。 家庭設(shè)備自動(dòng)控制模塊智能家居的初衷是解決家庭設(shè)備的自動(dòng)控制問(wèn)題，將更多的設(shè)備通過(guò)某種方式連接，達(dá)到統(tǒng)一、集中控制，為家庭生活帶來(lái)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(shè)備的自動(dòng)控制，家庭設(shè)備自動(dòng)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(cè)設(shè)備來(lái)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(jìn)行處理和運(yùn)算，通過(guò)RS485總線管理和控制各控制終端，并進(jìn)行處理、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)。智能家居控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能包括：(1)家用設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理和反饋。(2)本地控制。用戶通過(guò)控制系統(tǒng)上的鍵盤(pán)和顯示屏，對(duì)家用設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。(3)遠(yuǎn)程控制。用戶可以發(fā)送手機(jī)短信或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家庭系統(tǒng)進(jìn)行查詢和控制。(4)自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到非法闖入或溫度超高等報(bào)警信號(hào)時(shí)，及時(shí)觸發(fā)室內(nèi)報(bào)警裝置，并通過(guò)發(fā)送報(bào)警短信等方式及時(shí)通知用戶。(5)溫度查詢。(6)防盜門(mén)密碼設(shè)置。(7)紅外加電控制。(8)燈具等開(kāi)關(guān)量控制。(9)“三表”遠(yuǎn)程自動(dòng)抄送與門(mén)禁功能。對(duì)不同的家庭設(shè)備，設(shè)計(jì)給出了不同的解決方案: (1)對(duì)于電飯鍋、電燈一類(lèi)的開(kāi)關(guān)量家庭設(shè)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(gè)控制電路，然后將繼電器的一個(gè)電源腳接到開(kāi)發(fā)板的S3C2410芯片的一個(gè)GPIO引腳上，繼電器的另一個(gè)引腳接VCC，這樣，可以通過(guò)燒寫(xiě)在S3C2410中的程序，來(lái)控制GPH1輸出高低電平，進(jìn)而控制繼電器的吸合、斷開(kāi)，然后由繼電器來(lái)控制家用電器的開(kāi)關(guān)。 (2)對(duì)于電視機(jī)、空調(diào)一類(lèi)提供紅外接口的家庭設(shè)備，通過(guò)統(tǒng)一的紅外控制器控制。可行的方案是采用紅外模塊，紅外模塊可直接與S3C2410的UART口相連，這樣由S3C2410中的程序來(lái)發(fā)送和接收紅外數(shù)據(jù)?？赡苌婕暗降某绦蛴屑t外驅(qū)動(dòng)程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序、接收數(shù)據(jù)程序等。(3)對(duì)于信息家電，首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程服務(wù)，智能家居系統(tǒng)便可以減少對(duì)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(guò)智能家居系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)操作。6 模擬實(shí)現(xiàn)硬件、軟件設(shè)計(jì) 硬件選型 硬件是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，硬件選型是模擬實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。目前的市場(chǎng)上，智能家居解決方案中主控系統(tǒng)有