【正文】 在做嵌入式系統(tǒng)的研究的同時，還不得不從系統(tǒng)的角度考慮諸如網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保、生態(tài)等其他問題。 預防小孩墜樓模塊功能測試該作品設(shè)計的是只能家居模型而非真正實物，在模型中我們只用了一個人體紅外傳感器，還不能準備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實際項目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準確判斷是大人還是小孩靠近窗戶。 煙霧報警模塊功能測試煙霧報警模塊在室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時顯示“The air quality is well”；當煙霧濃霧偏高時，控制器上顯示“The air quality is not well！”，同時系統(tǒng)把抽風機打開把室內(nèi)有害氣體排出室外；當煙霧濃度過高時，控制器顯示“The air quality is bad!“，同時啟動蜂鳴器進行煙霧報警。 密碼鎖防盜模塊功能測試下面測試具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊，首先輸入密碼。 向系統(tǒng)發(fā)送“tdk”命令 接著通過手機短信把風扇打開。在開發(fā)中，把智能家居系統(tǒng)設(shè)計成一個應用程序加載在mini2440的欄目下。 本章小結(jié)本章首先介紹系統(tǒng)總體模塊設(shè)計原理，然后分別描述系統(tǒng)各個模塊的實現(xiàn)過程，包括GSM遠程監(jiān)控家電模塊，數(shù)字溫度采集模塊，煙霧濃度采集及其報警模塊，具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊，窗戶預防小孩墜樓模塊。），電壓為DC5V—DC12V。系統(tǒng)中用步進電機打開或者關(guān)閉窗戶，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在模型中我們只用了一個人體紅外傳感器，還不能準備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實際項目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準確是大人還是小孩靠近窗戶。嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。關(guān)閉光電傳感器為close(fd_redsensor)。 光電傳感器及其引腳圖在正常工作時，光電傳感器默認輸出高電平，當有人靠近時，光電傳感器輸出低電平。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(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。 4*4鍵盤掃描程序一開始在程序初始化某一個密碼，程序不斷檢測用戶輸入，當用戶輸入正確密碼時即打開門，同時系統(tǒng)將不再接收由紅光電感器輸入的中斷信號，有人強行打開門時，屋內(nèi)光電傳感器檢測到異常信號，系統(tǒng)執(zhí)行中斷服務程序，接著向ISD1760語音芯片發(fā)送觸發(fā)信號進行語音報警。 具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊的實現(xiàn)本模塊用到了4*4鍵盤作為輸入設(shè)備。而的下降則會導致MQ2的4腳、6腳對地輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，其輸出電壓也會增大。 煙霧傳感器接線圖如上圖所示，MQ2其他傳感器有6只針狀管引腳，其中4個用于信號輸出，2個用于提供加熱電流。根據(jù)傳感器輸出的電壓大小判斷環(huán)境中可燃性氣體濃度的大小。系統(tǒng)通過調(diào)用read(fd_ds18b20,amp。//讀出溫度值，然后利用copy_to_user函數(shù)返回給用戶層。s內(nèi)將總線釋放，寫“0”與寫“1”：圖 寫“0”與寫“1”時序圖： DS18B20溫度采集程序設(shè)計流程圖數(shù)據(jù)采集過程中驅(qū)動層所編寫的主要函數(shù)如下：1：static int ds18b20_init(void)。初始化協(xié)議定義復位和存在脈沖時序，數(shù)據(jù)執(zhí)行協(xié)議定義處理器讀0讀1時序和寫0寫1時序，所有的命令和數(shù)據(jù)以字節(jié)發(fā)送，并且低位在前，高位在后，： DS18B20數(shù)據(jù)通信時序圖處理器將單線總線DQ從邏輯高電平拉為邏輯低電平時，啟動一個寫時序，所有的寫時序必須在60181。DS18B20的測量范圍從55攝氏度到+125攝氏度，可在1s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字，每一個DS18B20在出廠時已給定了唯一的序號，多個DS18B20可以存放在同一條單線總線上，實現(xiàn)多路溫度采集。要控制家電，首先系統(tǒng)要識別是什么用戶向系統(tǒng)發(fā)送了消息，而且系統(tǒng)還要識別受到消息的內(nèi)容，從而對家電進行控制。讓TC35工作的過程主要是通過開發(fā)板的串口給TC35發(fā)送AT指令以及處理開發(fā)板返回的AT指令。 通過串口發(fā)送短信前面已經(jīng)簡單介紹過TC35模塊，TC35模塊有40個引腳，通過一個ZIF(ZeroInsertionForce，零阻力插座)連接器引出。nbyte = write(fd,buffer,Length)。設(shè)置好串口之后，就可以通過把串口當作文件讀寫了。//控制協(xié)議 unsigned char c_cc[NCC]。//輸入模式標志 unsigned short c_oflag。fd=open(“/dev/ttySAC1”,O_RDWR)。 GSM遠程控制模塊的實現(xiàn) mini2440串口的配置和實現(xiàn)在實際程序設(shè)計過程中主要包括兩個組成部分，其一是串口的硬件驅(qū)動程序，其二是文件系統(tǒng)上的應用程序。字符設(shè)備是指那些每次只能一個字節(jié)讀寫數(shù)據(jù)的設(shè)備，不能隨機讀取設(shè)備內(nèi)存中的某一數(shù)據(jù)，其驅(qū)動程序中完成的主要工作是初始化、添加和刪除cdev結(jié)構(gòu)體，申請和釋放設(shè)備號，以及填充file_operations結(jié)構(gòu)體中操作函數(shù)，并實現(xiàn)file_operations結(jié)構(gòu)體中的read()、write()、ioct1()等重要函數(shù)。采用可加載模塊方式可以讓驅(qū)動程序的運行更加靈活，也更便于調(diào)試。應用層通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核層，內(nèi)核層根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號來調(diào)用驅(qū)動程序?qū)慕涌诤瘮?shù)。每個硬件模塊在嵌入式開發(fā)中稱為設(shè)備，每個設(shè)備想要運行都要在Linux內(nèi)核中編寫設(shè)備驅(qū)動程序。 /tmp存放臨時文件，通常是空目錄，一些需要生成臨時文件的程序用到的/tmp目錄下，所以/tmp目錄必須存在并可以訪問。216。216。216。 /etc 存放著系統(tǒng)主要的配置文件，例如人員的賬號密碼文件、各種服務的其實文件等。下面做簡單介紹：216。根文件系統(tǒng)，是Linux/Unix系統(tǒng)啟動的一個重要的組成部分，也是操作系統(tǒng)正常工作的必要組成部分。然后執(zhí)行“make menuconfig”，打開內(nèi)核配置界面，配置好內(nèi)核后通過執(zhí)行“make zImage”命令編譯內(nèi)核，編譯結(jié)束后在/arch/arm/boot目錄下生成Linux內(nèi)核映像文件zImage。一個內(nèi)核不是一套完整的操作系統(tǒng)。Linux最早是由芬蘭黑客LinusTorvalds為嘗試在英特爾x86架構(gòu)上提供自由免費的類Unix操作系統(tǒng)而開發(fā)的。此次開發(fā)板引導程序用的是Supervivi，它是友善之臂基于vivi改進的一個簡單易用的Bootloader。通過這段代碼實現(xiàn)硬件的初始化，建立內(nèi)存空間的映射圖，為操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好硬件環(huán)境并引導內(nèi)核的啟動。 嵌入式軟件開發(fā)層次本設(shè)計的軟件系統(tǒng)一個嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件角度來看可以分為三個層次：（1）引導加載程序，包括固化在固件中的boot程序(可選)，和Bootloader部分兩大部分。接著在Fedora 的終端上運行命令 gedit /etc/exports，編輯nfs服務的配置文件，添加以下內(nèi)容/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia_qt4 *（rw,sync,no_root_squash），其中/opt/FriendlyARM/**/rootfs_qtopia_qt4表示nfs共享目錄。 首先安裝NFS服務器一般情況下系統(tǒng)默認按照好NFS服務，系統(tǒng)不默認安裝的話，只需要下載兩個安裝包安裝即可：n nfsutils*(包括基本的NFS命令與監(jiān)控程序通過使用NFS，用戶和程序可以像訪問本地文件一樣訪問別的系統(tǒng)上的文件。 建立交叉編譯環(huán)境在Linux平臺下，要為開發(fā)板編譯內(nèi)核，圖形界面Qtopia，bootloader，還有其他一些應用程序，均需要交叉編譯工具鏈。第3章 建立Linux開發(fā)環(huán)境 搭建開發(fā)環(huán)境 安裝虛擬機、Linux操作系統(tǒng)、源代碼及其他工具本設(shè)計是在虛擬機上安裝Linux操作系統(tǒng)Fedora 。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。目前，Mini2440開發(fā)板支持Yaffs2。嵌入式操作系統(tǒng)選擇了嵌入式Linux[10]。國內(nèi)產(chǎn)品必然需要對中文的支持。操作系統(tǒng)的選擇會對成本有著重要的影響。要分析產(chǎn)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(chǎn)品特色。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。（3）可利用資源。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。制定產(chǎn)品時間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系，實際產(chǎn)品和一般演示是不同的，上市時間和功能完善同樣重要。目前，網(wǎng)絡(luò)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。216。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。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。216。μC/OSII是一種免費、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務調(diào)度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務等功能。（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。嵌入式Linux的主要特征如下：（1）高性能、可裁剪的內(nèi)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(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。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:216。因此，就要設(shè)計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。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(guān)”。本設(shè)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。 ISD1760語音芯片語音報警部分采用isd1760語音芯片來完成。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強等。 外殼：阻燃樹脂216。 工作濕度：10～90%216。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 DS18B20引腳電路圖 MQ2煙霧傳感器MQ2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。（2）GND為電源地。 工作電壓：3~5V/DC。 不需要外圍任何元件。 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。DS18B20以超小的體積、超低的硬件開銷，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。216。 216。216。216。216。在GSM網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，它易于集成，可以在較短的時間內(nèi)花費較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。216。 擴展接口：n 1個34 pin 。n 系統(tǒng)時鐘源：n 12M無源晶振。n 1個I2C總線AT24C08芯片，用于I2C總線測試。n 4 USER Leds 。n 1個USB Slave B型接口。216。216。 SDRAM內(nèi)存：n 在板64M SDRAM，32bit數(shù)據(jù)總線，SDRAM 時鐘頻率高達100MHz。本系統(tǒng)初期采用友善之臂公司集成的mini2440開發(fā)板，開發(fā)板硬件資源如下所示。 系統(tǒng)主要硬件介紹 ARM處理器嵌入式系統(tǒng)常用的處理器有單片機和ARM，由于考慮到單片機引腳少、功能簡單以及后續(xù)學習研究等原因，故選擇功能更強大的ARM處理器[6]。 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計本課題旨在設(shè)計一套智能家居系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對智能家居的各部分進行統(tǒng)一控制，主要包括遠程監(jiān)控家電 (包括臺燈、風扇) 部分，具有語音提示功能的密碼鎖防盜部分，窗戶自動關(guān)窗預防小孩墜樓部分，煙霧濃度監(jiān)測自動報警部分。智能家居系統(tǒng)大部分時間都在運行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應付各種復雜環(huán)境變化的能力。 用戶界面及其他需求分析智能家居相關(guān)的設(shè)備都是跟人們生活息息相關(guān)的，因而智能家居系統(tǒng)必須要求用戶界面友好，用戶體驗效果良好，并且使用戶可以很容易掌握操作流程，同時要求實用、舒適和有個性等。（2）在家居的門口安裝了4*4鍵盤，當用戶輸入正確的密碼可以把門打開，用戶通過其他非法手段比如撬開鎖時，系統(tǒng)及時啟動報警模塊，達到防盜的功能。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設(shè)備的軟件，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)的難度降低，出現(xiàn)了大量專注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。最后簡單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容和設(shè)計思路。而且在現(xiàn)在這個注重綠色環(huán)保的世界里，智能地為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。 本課題研究的目的和意義 根據(jù)前面提到的一些調(diào)查結(jié)果及數(shù)據(jù)可以看出，雖然目前智能家居系統(tǒng)有了一定的發(fā)展，并且市場上也開始出現(xiàn)相應的產(chǎn)品，但從總體的發(fā)展來看，不容樂觀，特別是統(tǒng)一標準和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏嚴重影響了家居智能化的發(fā)展。其智能家居控制系統(tǒng)主要有以下三個部分：A系列：遵循EIB協(xié)議的家庭控制產(chǎn)品，適用于中高檔住宅區(qū)。目前，主要采用國外的一些技術(shù)產(chǎn)品，但也有一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，主要有：（1）e家庭（海爾），該系列產(chǎn)品以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，海爾移動電話作為移動數(shù)字控制中心。1999年，建設(shè)部勘察設(shè)計司、建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室聯(lián)合組織實施全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，標志著我國住宅小區(qū)智能化進入了一個新階段。但是由于系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性及產(chǎn)品價格等方面還難以達到要求，所以目前在國內(nèi)還較少應用。（2）EIB系統(tǒng)（德國），該系統(tǒng)采用預埋總線及中央控制方式實現(xiàn)控制功能。目前市場上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有：（1）X10系統(tǒng)（美國），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺，采用集中控制方式實現(xiàn)。在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先地位。2000年，新加坡有近30個社區(qū)的約5000戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，