【文章內容簡介】 應用的低成本傳感器。 MQ2 的主要特征如下： ? 工作溫度： 10℃～ +50℃ ? 報警濃度： ～ %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（其電導率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻是電導率的倒數(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)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見紫外光輻 射）轉變成為電信號的器件。光電傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強等。 本設計試圖把光電傳感器安裝在家庭保險柜或其他重要的財產出，當小偷或其他非家庭主人試圖靠近保險柜等重要財產處能自動觸發(fā)語音報警，從而達到防盜的目的。 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，當檢測到有障礙物時會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的 EINT5GPF5 中斷引 腳，程序中設定低電平觸發(fā)，當有小偷靠近保險柜或家居其 他重要財產時，系統(tǒng)能捕捉到這一信號從而做出反應。 ISD1760 語音芯片 語音報警部分采用 isd1760 語音芯片來完成 。 ISD1700 系列錄放芯片可工作于獨立按鍵模式和 SPI 控制模式。芯片內有存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。此芯片內有振蕩器，可通過外部電阻來調節(jié)其振蕩頻率；還有帶自動增益控制（ AGC）的話筒運放，模擬線路輸入。本設計采用獨立按鍵模式，連接好電路后給芯片的 23 腳一個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，而單片機工作電壓是 5V，因而監(jiān)控家電時需要引入繼電器。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）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。當收到特定的短信要把家電打開時， MCU 通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當需要關閉家電時，也是通過繼電器關閉家電。 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。因此，就要設計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅動”。一個典型簡單的功率驅動環(huán)節(jié)就是繼電器的驅動。此處，繼電器驅動含有兩層意思：一是通過 GPIO 口對繼電器本身進行驅動，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動其它負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，也可以直接驅動接觸器，因此繼電器驅動就是 ARM 與其塔大功率負載的接口。 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，信號經過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實現(xiàn)對繼電器的控制，最終實現(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)在的短短幾十年時間， Linux 已經發(fā)展成為一個功能強大、設計完善的操作系統(tǒng)，不僅在通用操作系統(tǒng)領域與 Windows 等商 業(yè)系統(tǒng)分庭抗爭，而在在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領域也獲得了飛速的發(fā)展。嵌入式 Linux(EmbeddedLinux)是指對標準 Limix 進行小型化裁剪處理后，可固化在存儲器或單片機中，適合于特定嵌入式應用場合的專用 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，當前國家隊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、可裁剪的內核 :其獨特的模塊機制使用戶可以根據(jù)自己 的需要，實時地將某些模塊插入到內核或從內核中移走，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，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)自己的應用需要方便對內核進行修改和優(yōu)化。 （ 4） 完善的網(wǎng)絡通信和文件管理機制： Linux 支持所有標準的 Inter 網(wǎng)絡協(xié)議，并且很容易移植到嵌入式系統(tǒng)當中。 （ 5） 廣泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多種體系結構。 （ 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)團隊都有很多，各種相應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、開放源代碼、結構小巧、基于可搶占優(yōu)先級調度的實時操作系統(tǒng)，其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能。 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、結構簡潔、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，最小內核可編譯至 2KB，一般情況下占用 10KB數(shù)量級。它的內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。由于免費、源碼開放、規(guī)模較小，μ COSII 不僅在眾多的商業(yè)領域中獲得了廣泛的應用，而且被大學所接納，作為教學用的嵌入式實時操作系統(tǒng)。 ? 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。它基于微內核的體系結構、整個系統(tǒng)有四百多 個相對獨立、短小精煉的目標模塊組成，用戶可以行剪裁和配置，根據(jù)自己的需要來選擇適當?shù)哪K。 VxWorks 采用 GNU 類型的編譯和調試器，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時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中。 ? PalmOS 在個人數(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。它的一個最大的特點就是省電以及系統(tǒng)資源開銷較少，速度也很快，但不支持多線程，長遠發(fā)展受到影響。但由于 PalmOS 采用開發(fā)式架構，全球有很多 PlamOS 用戶都投入到其軟件開發(fā)工作中，使其應用軟件非常豐富，這也成為 PlamOS 操作系統(tǒng)成功的一個重要因素之一。 ? Windows CE Windows CE 是微軟公司在嵌入式操縱系統(tǒng)市場上的一個重要的產品，它是一個開放的、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)和客戶類設備。 Windows CE 為工作、家庭及其間的任何一部分開啟了動態(tài)的、嶄新的開發(fā)遠景。這個模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將 Windows 平臺延伸到桌面之外，到達更小、更機動性、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。目前，網(wǎng)絡上研究 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。 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。 一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，可以遵循以下原則 [9]。 （ 1） 市場進入時間。制定產品時間表與選擇操作系統(tǒng)有關系，實際產品和一般演示是不同的，上市時間和功能完善同樣重要。 Linux 出現(xiàn)時間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。 （ 2） 可移植性。也就是平臺無關性。當進行嵌入式軟件開發(fā)時，可移植性是要重點考慮的問題。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺、不同系統(tǒng)上運行，跟操 作系統(tǒng)無關。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。很難設想開發(fā)一個嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應用，反過來說，當產品與平臺和操作系統(tǒng)緊密結合時，往往你的產品的特色就蘊含其中。 （ 3） 可利用資源。產品開發(fā)不同于學術課題研究，它是以快速、低成本、高質量的推出適合用戶需求的產品為目的的。集中精力研發(fā)出產品的特色，其他功能盡量由操作系統(tǒng)附加或采用第三方產品，因此操作系統(tǒng)的可利用資源對于選型是一個重要的參考條件， 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。其它有些實時操作系統(tǒng)由于比較封閉，開發(fā)時可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨立開發(fā)，從而影響開發(fā)進度。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。而這就要求有一個高性能、高可靠的 GUI 的支持。 （ 4） 系統(tǒng)定制能力。信息產品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結構的單純性，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。要分析產品是否對系統(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。成本是所有產品不得不考慮的問題。操作系統(tǒng)的選擇會對成本有著重要的影響。 Linux 免費， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費，但這都不是問題的答案。成本是需要綜合權衡以后進行考慮的，選擇某一系統(tǒng)可能會對其它一系列的因素產生影響，如對硬件設備的選型、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） 中文內核支持。國內產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 等各種國家標準，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用戶的嵌入式產品的必需考慮的重要因素。 智能家居系統(tǒng)并不需要很嚴格的實時性，而且在本系統(tǒng)的設計中，關鍵任務將可以由可編程器件實現(xiàn)，僅向系統(tǒng)提供一個狀態(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。在版本方面，選擇 內核 的 arm linux，該內核在原有內核的基礎上進行了一定程度的裁減，同時也是專門支持 ARM 系統(tǒng)芯片的 Linux 版本，這也為后期的進一步 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 是第一個專門為 Nandflash 存儲器設計的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲設備；并且是在 GPL（ GeneralPublicLicense）協(xié)議下發(fā)布的，可在其網(wǎng)站免費獲得 源代碼。CRAMFS 文件系統(tǒng)是專門針對閃存（如 NorFlash)設計的只讀壓縮的文件系統(tǒng)，采用實時解壓縮方式，小巧且速度快。 本設計采用 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。因為 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，具有運行速度快和對底層開發(fā)支持好的特點。 本章小結 本章通過對智能家居的分析，確定了系統(tǒng)總體架構設計，然后針對其方案進行軟硬件選型。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