【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用的低成本傳感器。 MQ2 的主要特征如下： ? 工作溫度： 10℃～ +50℃ ? 報(bào)警濃度： ～ %FT ? 工作濕度： 10～ 90% ? 工作電源： 12VDC9VDC ? 信號輸出：常開常閉 ? 安裝方式：吸頂 ? 外殼：阻燃樹脂 ? 產(chǎn)品尺寸：直徑 105mm 厚度 32mm 圖 MQ2 引腳接線圖 根據(jù) MQ2 的工作原理（其電導(dǎo)率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻是電導(dǎo)率的倒數(shù)，所以隨著煙霧濃度的增大其電阻是減小的）并且參考圖 MQ2Datasheet 上的測試電路，在根據(jù)圖 的電路圖，可以得到 煙霧傳感器的輸出電壓如式 所示。 ? ?RLsL RLVc VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見紫外光輻 射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。 本設(shè)計(jì)試圖把光電傳感器安裝在家庭保險(xiǎn)柜或其他重要的財(cái)產(chǎn)出，當(dāng)小偷或其他非家庭主人試圖靠近保險(xiǎn)柜等重要財(cái)產(chǎn)處能自動(dòng)觸發(fā)語音報(bào)警，從而達(dá)到防盜的目的。 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(dāng)檢測到有障礙物時(shí)會(huì)一直輸出低電平信號。我們把光電傳感器的輸出引腳接單片機(jī)的 EINT5GPF5 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)能捕捉到這一信號從而做出反應(yīng)。 ISD1760 語音芯片 語音報(bào)警部分采用 isd1760 語音芯片來完成 。 ISD1700 系列錄放芯片可工作于獨(dú)立按鍵模式和 SPI 控制模式。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器，可通過外部電阻來調(diào)節(jié)其振蕩頻率；還有帶自動(dòng)增益控制（ AGC）的話筒運(yùn)放，模擬線路輸入。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立按鍵模式，連接好電路后給芯片的 23 腳一個(gè)電平信號即可播放提前錄好的聲音。 圖 isd1760 語音芯片 接線引腳 圖 繼電器 由于家電電器工作電壓是 220V，而單片機(jī)工作電壓是 5V，因而監(jiān)控家電時(shí)需要引入繼電器。繼電器是一種控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)收到特定的短信要把家電打開時(shí)， MCU 通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當(dāng)需要關(guān)閉家電時(shí)，也是通過繼電器關(guān)閉家電。 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 級以下，而要把它的輸出用于一些大功率場合，比如控制步進(jìn)電機(jī)，很顯然是不可行的。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)”。一個(gè)典型簡單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)就是繼電器的驅(qū)動(dòng)。此處，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層意思：一是通過 GPIO 口對繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器對于 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。 ARM 的 IO 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。三極管具有良好的信號放大功能，信號經(jīng)過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對繼電器的控制，最終實(shí)現(xiàn)對交流電路的控制 . 軟件系統(tǒng)介紹 幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較 目前市場上流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較多 ,下面對其進(jìn)行性能比較 : ? 嵌入式 Linux Linux 是 1991 年由荷蘭人 LinusTorvalds 發(fā)明的，從誕生到現(xiàn)在的短短幾十年時(shí)間， Linux 已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)，不僅在通用操作系統(tǒng)領(lǐng)域與 Windows 等商 業(yè)系統(tǒng)分庭抗?fàn)?，而在在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域也獲得了飛速的發(fā)展。嵌入式 Linux(EmbeddedLinux)是指對標(biāo)準(zhǔn) Limix 進(jìn)行小型化裁剪處理后，可固化在存儲(chǔ)器或單片機(jī)中，適合于特定嵌入式應(yīng)用場合的專用 Linux 操作系統(tǒng)。商品化嵌入式操縱系統(tǒng)大都沒有公開其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了 開發(fā)者的積極性，當(dāng)前國家隊(duì)研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開發(fā)的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。 嵌入式 Linux 的主要特征如下： （ 1） 高性能、可裁剪的內(nèi)核 :其獨(dú)特的模塊機(jī)制使用戶可以根據(jù)自己 的需要，實(shí)時(shí)地將某些模塊插入到內(nèi)核或從內(nèi)核中移走，很適合與嵌入式系統(tǒng)的小型化需要。 （ 2） 優(yōu)秀的開發(fā)工具 :嵌入式 Linux 提供了一套完整的工具鏈 （ 3） 免費(fèi)，開發(fā)源代碼： Linux 是開發(fā)源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便對內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。 （ 4） 完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機(jī)制： Linux 支持所有標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且很容易移植到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。 （ 5） 廣泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多種體系結(jié)構(gòu)。 （ 6） 軟件資源豐富：幾乎每一種通用程序在 Linux 上都能找到 ，從而減輕了開發(fā)的工作量。 目前，網(wǎng)絡(luò)上無論是研究 Linux 操作系統(tǒng)還是研究嵌入式 Linux 的開發(fā)團(tuán)隊(duì)都有很多，各種相應(yīng)的程序以及文檔也比較豐富。 ? μCOS II μ COS 是美國人 Jean Labrosse 在 1992 年開發(fā)的一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng) [8]，并于1998 年推出了它的升級版本μ COSII。μ COSII 是一種免費(fèi)、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。 μ COSII 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(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。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。由于免費(fèi)、源碼開放、規(guī)模較小，μ COSII 不僅在眾多的商業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用，而且被大學(xué)所接納，作為教學(xué)用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 ? VxWorks VxWorks 是美國 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、市場占有率 最高的商業(yè)系統(tǒng)。 VxWorks 支持各種主流的 32 位處理器，如 X8 Motorola MC68xxx、Clodfile、 PowerPC、 MIPS,ARM 等。它基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)、整個(gè)系統(tǒng)有四百多 個(gè)相對獨(dú)立、短小精煉的目標(biāo)模塊組成，用戶可以行剪裁和配置，根據(jù)自己的需要來選擇適當(dāng)?shù)哪K。 VxWorks 采用 GNU 類型的編譯和調(diào)試器，它的大多數(shù) API 函數(shù)都是專有的。 VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。 ? PalmOS 在個(gè)人數(shù)字助理（ PDA）市場上， PalmOS 全球知名、使用人數(shù)最多的 PDA 操縱系統(tǒng)。它是由 PDA 操作系統(tǒng)開發(fā)的先驅(qū)者 Palm Computing 公司開發(fā)的。從 1996 年 4月 發(fā)布至今， PlamOS 逐步鞏固了其在 PDA 市場上的霸主地位。它的一個(gè)最大的特點(diǎn)就是省電以及系統(tǒng)資源開銷較少，速度也很快，但不支持多線程，長遠(yuǎn)發(fā)展受到影響。但由于 PalmOS 采用開發(fā)式架構(gòu)，全球有很多 PlamOS 用戶都投入到其軟件開發(fā)工作中，使其應(yīng)用軟件非常豐富，這也成為 PlamOS 操作系統(tǒng)成功的一個(gè)重要因素之一。 ? Windows CE Windows CE 是微軟公司在嵌入式操縱系統(tǒng)市場上的一個(gè)重要的產(chǎn)品，它是一個(gè)開放的、可升級的 32 位操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它可以移植能夠開發(fā)多種企業(yè)和客戶類設(shè)備。 Windows CE 為工作、家庭及其間的任何一部分開啟了動(dòng)態(tài)的、嶄新的開發(fā)遠(yuǎn)景。這個(gè)模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將 Windows 平臺(tái)延伸到桌面之外，到達(dá)更小、更機(jī)動(dòng)性、更特別的裝置之上，然而它的 Windows 血統(tǒng)則確保了它的相容性，并且支援了更廣泛的開發(fā)基礎(chǔ)。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。 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，不僅要考慮到對硬件系統(tǒng)的支持，還要考慮軟件開發(fā)的周期等問題。 一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，可以遵循以下原則 [9]。 （ 1） 市場進(jìn)入時(shí)間。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)品和一般演示是不同的，上市時(shí)間和功能完善同樣重要。 Linux 出現(xiàn)時(shí)間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。 （ 2） 可移植性。也就是平臺(tái)無關(guān)性。當(dāng)進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)時(shí)，可移植性是要重點(diǎn)考慮的問題。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺(tái)、不同系統(tǒng)上運(yùn)行，跟操 作系統(tǒng)無關(guān)。軟件的通用性和軟件的性能通常是矛盾的，即通常以損失某些特定情況下的 優(yōu)化性能為代價(jià)。很難設(shè)想開發(fā)一個(gè)嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應(yīng)用，反過來說，當(dāng)產(chǎn)品與平臺(tái)和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時(shí)，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊(yùn)含其中。 （ 3） 可利用資源。產(chǎn)品開發(fā)不同于學(xué)術(shù)課題研究，它是以快速、低成本、高質(zhì)量的推出適合用戶需求的產(chǎn)品為目的的。集中精力研發(fā)出產(chǎn)品的特色，其他功能盡量由操作系統(tǒng)附加或采用第三方產(chǎn)品，因此操作系統(tǒng)的可利用資源對于選型是一個(gè)重要的參考條件， Linux 和 WinCE 都有大量的資源可以利用，這是他們被 看好的重要原因。其它有些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)由于比較封閉，開發(fā)時(shí)可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨(dú)立開發(fā)，從而影響開發(fā)進(jìn)度。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。而這就要求有一個(gè)高性能、高可靠的 GUI 的支持。 （ 4） 系統(tǒng)定制能力。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，所以對系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。要分析產(chǎn)品是否對系統(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。 Linux 由于其源代碼開放的天生魅力，在定制能力方面 具有優(yōu)勢。 （ 5） 成本。成本是所有產(chǎn)品不得不考慮的問題。操作系統(tǒng)的選擇會(huì)對成本有著重要的影響。 Linux 免費(fèi)， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費(fèi)，但這都不是問題的答案。成本是需要綜合權(quán)衡以后進(jìn)行考慮的，選擇某一系統(tǒng)可能會(huì)對其它一系列的因素產(chǎn)生影響，如對硬件設(shè)備的選型、人員投入、以及管理和與其它合作伙伴的共同開發(fā)之間的溝通等許多方面的影響。 （ 6） 中文內(nèi)核支持。國內(nèi)產(chǎn)品必然需要對中文的支持。由于操作系統(tǒng)多數(shù)是采用西文方式，是否支持雙字節(jié)編碼方式，是否遵循 GBK， GB18030 等各種國家標(biāo)準(zhǔn)，是否支持中文 輸入與處理，是否提供第三方中文輸入接口是針對國內(nèi)用戶的嵌入式產(chǎn)品的必需考慮的重要因素。 智能家居系統(tǒng)并不需要很嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性，而且在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵任務(wù)將可以由可編程器件實(shí)現(xiàn)，僅向系統(tǒng)提供一個(gè)狀態(tài)信息。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開發(fā)友好的人機(jī)界面，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 嵌入式操作系統(tǒng)選擇了嵌入式Linux[10]。 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。在版本方面，選擇 內(nèi)核 的 arm linux，該內(nèi)核在原有內(nèi)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定程度的裁減，同時(shí)也是專門支持 ARM 系統(tǒng)芯片的 Linux 版本，這也為后期的進(jìn)一步 裁減做好了鋪墊的工作。 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、Yaffs ROMFS 以及 ROMFS 等。目前， Mini2440 開發(fā)板支持 Yaffs2。 YAFFS2 是第一個(gè)專門為 Nandflash 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲(chǔ)設(shè)備；并且是在 GPL（ GeneralPublicLicense）協(xié)議下發(fā)布的，可在其網(wǎng)站免費(fèi)獲得 源代碼。CRAMFS 文件系統(tǒng)是專門針對閃存（如 NorFlash)設(shè)計(jì)的只讀壓縮的文件系統(tǒng)，采用實(shí)時(shí)解壓縮方式，小巧且速度快。 本設(shè)計(jì)采用 YAFFS2 文件系統(tǒng)，可以讀寫保存。系統(tǒng)主要采用 C 語言作為基本開發(fā)語言，在嵌入式開發(fā)中，語言的可移植性很重要。因?yàn)?Linux 是用 C 語言編寫的，對 C 語言有良好的函數(shù)庫的支持，其編譯出的代碼精簡，具有運(yùn)行速度快和對底層開發(fā)支持好的特點(diǎn)。 本章小結(jié) 本章通過對智能家居的分析，確定了系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，然后針對其方案進(jìn)行軟硬件選型。首先確定了 SAMSUNG 公司的 32 位 RISC 處理器 S3C2440 作為微控制器芯片；其次是介紹本智能家居各模塊所使用到的硬件 設(shè)備 ， 接著介紹幾種嵌入式操作系統(tǒng) 和選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù)， 最后確定了適合 CPU 的最