【導讀】設計主要是利用嵌入式系統(tǒng)的ARM-Linux平臺及GPRS技術實現(xiàn)對家居的遠程監(jiān)控。制系統(tǒng)進行數據的采集，同時可以實現(xiàn)對相應智能控制器終端實施控制?？刂菩酒捎昧擞肁T89C51單片機，采用中斷控制方式進行相應的控制。用戶可以通過該系統(tǒng)利用互聯(lián)網或者手機隨時隨地控制家居中的家用電器和

　　

【正文】 線經電阻 R1 被地線下拉 ，所以 ，使 Q Q2 此時 都 處于 截止 狀態(tài) ，使得 Q2 的集電極 電壓值為 5V其電位處于 高電平，這個 高 電位經過 U1 反相器 的反向后 接到單片機上 ，中斷 0 接口 是在 低電平時水位達到測試點而高 電平時 未達到測量點水位，在本設計中設置了三個水位檢測點，當水位達到最高水位測量點時進入中斷服務程序，關閉加水閥 ， 當水位 達到最 低水位檢測點時進入中斷子程序進行自動加水。 21 熱水器的 自動加熱上水和聲光報警電路 設計 本設計 利用 AT89C51 的 口作為 控制自動加熱 、加水閥的控制口驅動相應的繼電器， 由于 需要較大的驅動電流才能使繼電器吸合工作 ，故 本設計 使用 了 ULN2021A 對電流進行 了 反向放大 。具體的自動加熱上水和聲光報警電路如 圖 312 所示： 圖 312 熱水器的自動加熱上水和聲光報警電路 當 需要 加熱 器 加熱時 使 SW 閉合 ， 設置 為高電平時， 連接電加熱器的 繼電器吸和啟動電加熱器，加熱指示燈 D2 亮，同理，當 為高電平時， 與加水閥連接的 繼電器 吸合 打開加水閥加水，加水指示燈 D3 亮 。當加水 的 時間超過 用戶 設定值時，單片機的 口 將置位， 結合外圍電路 驅動蜂鳴器發(fā)生 報警，同時 D4 指 示燈亮。由于蜂鳴器工作電流較大， 因此 需要對電流進行放大。 熱水器的 電源電路 由于系統(tǒng)各芯片工作電壓均為 5V 直流，為了方便使 用，設計 將 220V 交流 家用電壓經過變壓器電壓變換 后再 經過整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流 5V。 在設計中空調控制器、 CC24以及 GPRS 模塊的工作電壓也可以通過此電源模塊電路提供。 具體電路 如圖 313所示 ： 22 圖 313 熱水器電源電路 23 第 4 章 軟件設計 系統(tǒng)軟件概述 物聯(lián)網智能家居 系統(tǒng)軟件設計 主要 包括智能家居 中央 控制 模塊 軟件設計、 CC2430收發(fā)程序設計、 智能終端 控制器的 應用軟件設計 、 GPRS 模塊的收發(fā)程序設計等 部分 組成 。智能家居中央控制 器 是以 ARM微處理器為控制核心，其軟件 的 設計包括系統(tǒng)軟件（嵌入式操作系統(tǒng) 移植 、嵌入式 的 數據庫、硬件設備 及接口 的驅動程序、嵌入式 的 Web 服務器）設計和 與智能家居相關的 應用軟件 （ CGI 的 應用程序及網頁程序） 設計；智能 家居 終端的控制核心為單片機 AT89C51， 其應用軟件設計包括 循環(huán)控制程序 和中斷控制子程序 。 設計基于 ARM— Linux 系統(tǒng)平臺進行系統(tǒng)的運作。 Linux 系統(tǒng)具有 源代碼開放、效率高、內核小、可直接提供網絡支持等特點。但是由于 系統(tǒng)硬件資源有限，所以針對具體的智能家居終端應用以及所連接的模塊對系統(tǒng)進行裁剪 shell、配置內核等操作，是整個控制系統(tǒng)能夠存放到 較小容量的 FLASH中。使用 Linux系統(tǒng)的動態(tài)模塊加載進行 Linux系統(tǒng)的裁剪。 串口應用 程序設計 中央控制模塊與外圍設備之間的通信采用了 串 口通信方式，因此串口的中斷接收程序是本設計的重要程序設計之一。相關的 程序流程圖如圖 4 42 所示 ： 圖 41 GPRS 模塊應用流程 打開串口 讀 取串口 GPRS 信息 解析 GPRS 信息 關閉串口 24 圖 42 中斷接收程序流程圖 系統(tǒng) 主程序流程圖 系統(tǒng)主程序主要是通過 C 語言編寫，結合一些主要函數來實現(xiàn)各個模塊對應的功能的，包括系統(tǒng)主程序的初始化、系統(tǒng)設置等。 主程序由一系列用來實現(xiàn)相應功能的子程序組成，主要包括 Zigbee 無線通信程序、各種職能 模塊控制程序、 GPRS 無線通信程序和以太網通信程序等。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 43 所示： 開始 判斷是否超過串口最大接收的字符數 接收是否為0 個字符 讀出字符 判斷是否使用流控 接收狀態(tài)是否為 1 將接收到的字符寫入 flip 緩沖區(qū) 刷新 設備的 flip 緩沖區(qū) 跳出 發(fā)送緩沖區(qū)非空 退出 發(fā)送緩沖區(qū)是否為空 置端口為使能接收狀態(tài) 0 是 是 否 否 否 否 是 是 25 Zigbee 無線收發(fā)模塊程序設計 本設計中的 Zigbee 模塊作為智能家居內部的無線收發(fā)模塊構成了家居內部局域網絡其網絡協(xié)調器流程圖如 44所示 ： 開 始 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)設置 有無報警狀態(tài)？ GPRS 短信告訴戶主 采集數據信息 GPRS 短信到用戶手機 報警狀態(tài)解除？ 收到短信？ 戶主控制短信 ？ 通 過 Zigbee 模塊向各智能模塊發(fā)送控制命令 完成遠程控制命令，短信回復戶主 Y N N 刪除短信 N Y N Y Y 圖 43 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)軟件主要是基于 ARM_Linux，與其他的嵌入式操作系用相比， Linux 系統(tǒng)具有完整的 TCP/IP 協(xié)議，實用性和穩(wěn)定性非常好的特點，很好的滿足了家庭智能家居控制系統(tǒng)可靠性的要求。系統(tǒng)開發(fā)首先要建立交叉編譯環(huán)境，然后引導 bootloader ，移植操作系統(tǒng) 裝載文件系統(tǒng)，開發(fā)圖形界面，最后編寫應用程序。 Bootloader 主要實現(xiàn)系統(tǒng)的快速引導，將 Linux 內核加載到內存，并進行內核初始化，具有強大的進程、中斷、內存和設備管理，支持各種文件系統(tǒng)。 26 圖 44 網絡協(xié)調器流程圖 在 Zigbee 網絡協(xié)調器中首先對 CC2430 芯片進行 初始化，然后設置的程序開始初始化 Zigbee 的網絡協(xié)議棧同時打開中斷。接下來程序開始對一個網絡進行格式化。如果成功的格式化了 Zigbee 網絡，會通過串口在中央控制模塊的觸摸屏顯示器上格式化后的一些網絡信息。通過人機界面利用串口可以在串口調試助手中看到現(xiàn)在建立網絡的網絡頻道號和 ID號碼以及網絡協(xié)調器的物理地址等。在這之后的程序開始進入到應用層，程序中的處理函數 aspFSM()監(jiān)測其監(jiān)測范圍內空中有無 Zigbee 信號。如果有終端節(jié)點被檢測到并加入到網絡，則通過串口輸出都會在觸摸屏上顯示有新的終端節(jié)點加入到網絡中 ，同時顯示加入網絡節(jié)點對應的物理地址，然后網絡協(xié)調器對加入到網絡的節(jié)點分配網絡地址。同樣的可利用函數 aspFSM()里接收來自各個節(jié)點發(fā)送過來的數據信息，包括溫濕度值、按鍵值等，這些信息都會以串口的形式通過觸摸屏顯示器顯示出來。 智能節(jié)點程序 流程圖 如圖 45： 建立一個新的網絡 顯示網絡的ID 號、頻道號等 進入無線監(jiān)控狀態(tài) 初始化 顯示溫度值和按鍵提示 空中有無信號？ 給該節(jié)點分配網絡號 網絡中節(jié)點溫度和按鍵值信號 無信號 有節(jié)點申請加入網絡 27 圖 45 智能節(jié)點 流程圖 發(fā)送加入網絡信號 加入網絡是否成功 空閑狀 態(tài) 檢測按鍵值和當前溫濕度值 發(fā)送按鍵值和溫濕度值 發(fā)送成功？ 是 否 是 否 初始化 28 結 論 物聯(lián)網智能家居作為家庭信息化的實現(xiàn)方式，已經 成為 社會信息化發(fā)展 現(xiàn)狀 的重要標志和組成部分之一。 本設計 利用 ARM S3C2440 和經 裁剪過的 ARM— Linux 系統(tǒng)作為系統(tǒng)的中央控制中心，實現(xiàn)對家居各類信息的統(tǒng)籌和管理以順利實現(xiàn) 監(jiān) 測和控制功能。GPRS模塊實現(xiàn)了對智能家居的遠程監(jiān)控功能，是用戶無論何時何地都可通過手機的 GPRS網絡了解家中的情況。 Zigbee 無線收發(fā)模塊的 星型拓撲結構方案建立家庭內部局域網絡 ，實現(xiàn)家居內各個智能控制終端以及 節(jié)點與中央控制中心的無線通信 。 設計是通過 無線通信網絡實現(xiàn)的， 因此 避免了以往智能家居中繁瑣的布線。 系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面闡述了設計思路和相應的實現(xiàn)方法。 溫濕度傳感器節(jié)點可以檢測其所監(jiān)測范圍內的溫度和濕度情 況。煙霧傳感器通過對空氣中危險氣體的濃度檢測可告訴用戶是否有危險隱患存在。指紋識別門控系統(tǒng)不僅可以防盜而且 可以省去 用戶帶鑰匙 不便。智能熱水器終端、空調器終端都可以讓用戶隨時隨地設定其狀態(tài)，節(jié)省了用戶的時間，避免了資源的浪費。中央控制模塊也可以安裝用戶所需要的其他應用程序來滿足用戶娛樂的需求，利用添加音樂播放器軟件等等 ，當然，用戶也可以根據自己的個性和愛好來進一步拓展和完善智能家居的其他功能 。 設計的 智能家居所能提供的功能，不僅 滿足了人們對傳統(tǒng)家居的 舒適、安全、高品位、高個性化且宜人的家庭生活環(huán)境， 而且 有著很 好的實際運用價值，必將成為 未來 智能家居主流產品，得到人們的認可和越來越多的青睞。 29 參考文獻 [1] 張毅剛，彭喜元 .單片機原理與應用設計 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2021:2128. 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[12] DAVID make a beeline for ZigBee sensor technology[J].Computer,Volume38,Issue12,2021:8991. 30 附 錄 1 Linux 串口中斷 程序 分析與設計 終端是一種字符型設備，它有多種類型，通常使用 tty 來簡稱各種類型的終端設備。tty 是 Teletype 的縮寫。設備名放在 Linux 文件系統(tǒng)的特殊文件目錄 /dev/下。串行端口終端是使用計算機串行端口連接的終端設備。計算機把每個串行端口都看做是一個字符設備。這些串行端口所對應哪個的設備名稱是 /dev/tts/0（或 /dev/ttyS0）、/dev/tts/1（或 /dev/ttyS1） 等，設備號 分別是（ 4,0）、（ 4， 1） 等，分別對應于 DOS系統(tǒng)下的 COM COM2 等。若要向一個端口發(fā)送數據，則可以在命令行上八標準輸出重定向到這些特殊文件名上。 UART 設備是繼 tty_driver 的有一層封裝，包含 tty 核心函數、 tty 線路規(guī)程函數和 tty驅動函數。實際上， uart_driver 對應 tty 驅動函數，在操作函數中，將操作轉入uart_port。 tty 設備發(fā)送數據的流程為： tty 核心函數從一個用戶獲取將要發(fā)送給一個 tty 線路規(guī)程驅動，接著數據被傳遞到 tty 驅動函數， tty 驅動函數將數據轉換為可以發(fā) 送給硬件的格式。接收數據的流程為：從 tty 硬件接收到的數據向上交給 tty驅動函數，進入 tty線路規(guī)程函數驅動，再進入 tty 核心函數，在這里它被一個用戶獲取。盡管大多數時候tty 核心函數和 tty 之間的數據傳輸會經歷 tty 線路規(guī)程函數的轉換，但是 tty 驅動函數與 tty 核心函數之間也可以直接傳輸數據。 在寫操作時，先將數據放入 circ_buf 的喚醒緩沖區(qū)，然后 uart_port 從緩沖