【正文】 交叉編譯工具主要包括針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的編譯器 FGG、目標(biāo)系統(tǒng)的二進(jìn)制工具 binutils、目標(biāo)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) C 庫(kù) glibc 和目標(biāo)系統(tǒng)的 Linux 內(nèi)核頭文件。內(nèi)核啟動(dòng)會(huì)在根文件系華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）39統(tǒng)掛載后，運(yùn)行文件根文件系統(tǒng)中的一些初始化腳本，啟動(dòng)一些服務(wù)。內(nèi)核是操作系統(tǒng)的心臟，也是系統(tǒng)的大腦。從主機(jī)下載的文件通常首先被BootLoader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 BootLoader 寫到目標(biāo)機(jī)的FLASH 類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。具體過程如圖 51 所示，宿主機(jī)即為裝有 Linux 操作系統(tǒng)的 PC 機(jī)，目標(biāo)機(jī)即為ARM 架構(gòu)裝有 Linux 開發(fā)環(huán)境的硬件平臺(tái)，搭建過程需要將三個(gè)文件以件燒錄至 ARM 開發(fā)平臺(tái)，即系統(tǒng)引導(dǎo)代碼 uboot、Linux 內(nèi)核鏡像文件 和文件系統(tǒng) 。虛擬機(jī)可以說是一種軟件，也可以說是一種技術(shù)，它允許你在一臺(tái)主機(jī)上虛擬出多臺(tái)電腦，并在虛擬出的電腦上安華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）38裝不同的操作系統(tǒng)。 Linux 開發(fā)環(huán)境的建立（1）PC 機(jī)上安裝 Linux進(jìn)行開發(fā)前，首先要做的是搭建一套基于 Linux 操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，一般由目標(biāo)板和宿主機(jī)所構(gòu)成。S3C2440 處理器核為 ARM920T，是三星公司 ARM9 系列中的主流產(chǎn)品。圖 415 USB 主接口部分電路圖S3c2440 芯片本身自帶了 USB——Slave 接口，可以方便地跟 PC 通過 USB接口進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信，本實(shí)驗(yàn)儀在燒寫 linux 鏡像時(shí)，可以通過此接口進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。在 Linux 中，視頻設(shè)備是設(shè)備文件，可以像訪問普通文件一樣對(duì)其進(jìn)行讀寫。傳感器硬件連接電路如圖 414 所示。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34圖 413 熱釋紅外傳感器工作原理為了增強(qiáng)敏感性并降低白光干擾，通常在探頭的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光透鏡，菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離） ，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。這種專門設(shè)計(jì)的探頭只對(duì)波長(zhǎng)為 10μm 左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許火焰的紅外線通過，而將其他輻射濾掉，以抑制外界干擾。MQ6 氣體傳感器對(duì)丙烷、丁烷、液化石油氣的靈敏度高，對(duì)天然氣也有較好的靈敏度，傳感器硬件連接電路如圖 410 所示。VDDSCKDATAGNDS3C2440開發(fā)板VGPF0GPF1GND圖 48 溫濕度模組連接圖 安防子系統(tǒng)安防系統(tǒng)與中央控制器連接框圖如圖 49。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31圖 47 GPRS 模組啟動(dòng)時(shí)序圖GPRS 模組啟動(dòng)之后，即可通過 UART 接口發(fā)送 AT 指令來控制語音或數(shù)據(jù)收發(fā)。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30圖 45 GPRS 模組 SIM300 核心部分電路圖GPRS 模組使用標(biāo)準(zhǔn)串口與主控制器進(jìn)行通訊。（2）集成 PAP 協(xié)議，可供 PPP 連接使用。GPRS 模組采用如圖 45 所示的 SIM300 通訊芯片，利用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。中央控制器的主板如圖 44 所示。? 8 個(gè)存儲(chǔ)器 bank:? bank0bank5：SRAM、ROM（NOR FLASH） 。? S3C2440 的存儲(chǔ)器管理器提供訪問外部存儲(chǔ)器的所有控制信號(hào)。? s3c2440 為單機(jī)器周期執(zhí)行指令集。特點(diǎn)? 具有 PLL 時(shí)鐘發(fā)生器，主頻最高可達(dá) 533M。家庭網(wǎng)關(guān)是一個(gè)由硬件和軟件共同組成的功能實(shí)體，家庭網(wǎng)關(guān)和家居主節(jié)點(diǎn)之間使用串口連接。生成管理日志應(yīng)該包括所有可以得到的家庭事務(wù)，對(duì)日志進(jìn)行安全存華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27檔以便查閱和維護(hù)。家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)外可以提供各種遠(yuǎn)程智能控制接口，操作者可以通過手機(jī)移動(dòng)終端連接到 Inter訪問家庭網(wǎng)關(guān)的相關(guān)接口，對(duì)家中的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問或者控制?！皡f(xié)議轉(zhuǎn)換”這一功能描述只是原理概念上的一個(gè)總體定位，實(shí)際設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)決不是將一種協(xié)議對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成另一種協(xié)議那么簡(jiǎn)單。家庭網(wǎng)關(guān)并不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，更是一個(gè)對(duì)外的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制接口，從結(jié)構(gòu)上看，家庭網(wǎng)關(guān)是家庭外部 TCP／IP 網(wǎng)絡(luò)和局部家庭網(wǎng)絡(luò)之間的連接點(diǎn)。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26前面的章節(jié)中介紹過家庭控制子網(wǎng)的通信協(xié)議，由于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用的是基于 ZigBee 技術(shù)的輕量級(jí)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，要實(shí)現(xiàn)它與 Intemet 等外部 TCP／IP網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，必須有一個(gè)用來完成協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)備或功能部件，作為這兩種網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，本文采用家庭網(wǎng)關(guān)。校驗(yàn)字：用來校驗(yàn)幀數(shù)據(jù)的正確性，發(fā)送端在發(fā)送時(shí)將前六個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)每位與 1 取異或后加載在該字段中進(jìn)行發(fā)送，接收端接收后對(duì)校驗(yàn)字再每位與l 取異或，然后與接收到的字節(jié)比較，如果一致則證明傳送正確，否則請(qǐng)求重發(fā)。表 42 主節(jié)點(diǎn)與設(shè)備節(jié)點(diǎn)通信幀格式字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 字節(jié) 4 字節(jié) 5 字節(jié) 6 字節(jié) 7幀格式 設(shè)備 ID 設(shè)備類型 描述命令 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)字幀類型：該字節(jié)高 6 位為保留位，低 2 位二進(jìn)制數(shù) 00、011 分別代表數(shù)據(jù)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)應(yīng)答、命令請(qǐng)求、命令應(yīng)答四種幀類型。家居主節(jié)點(diǎn)對(duì)家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的操作主要有兩種，一種是查看設(shè)備節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，另一種就是對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能性的操作。其次，為了降低設(shè)備節(jié)點(diǎn)上的功耗，當(dāng)無數(shù)據(jù)通信時(shí)，讓節(jié)點(diǎn)進(jìn)入等待或休眠等低功耗模式。系統(tǒng)運(yùn)行過程中還有需要注意的其他問題。包括節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、節(jié)點(diǎn)操作和節(jié)點(diǎn)重啟等。根據(jù)節(jié)點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)類型不同，家居主節(jié)點(diǎn)把它們分成兩類。家居主節(jié)點(diǎn)收到節(jié)點(diǎn)拆除請(qǐng)求命令后，修改地址表中對(duì)應(yīng)該節(jié)點(diǎn)的信息，回收節(jié)點(diǎn)號(hào)，并告知節(jié)點(diǎn)拆除操作成功。如果設(shè)備節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有得到回應(yīng)，則等待隨機(jī)時(shí)延后重新發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求。設(shè)備節(jié)點(diǎn)的接入和拆除會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化。家居主節(jié)點(diǎn)收到家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求后分配給該設(shè)備節(jié)點(diǎn)一個(gè) 16位的網(wǎng)絡(luò)地址，并將該設(shè)備節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息記錄在地址表中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，家居主節(jié)點(diǎn)要與眾多設(shè)備節(jié)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22點(diǎn)進(jìn)行通信，并對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的控制。圖 41 為家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)工作流程。加入家庭控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)按照功能進(jìn)行分類可以分為網(wǎng)絡(luò)通信功能和設(shè)備功能兩大部分。每個(gè)家居節(jié)點(diǎn)設(shè)備在同一時(shí)刻只能與一個(gè)上層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，這個(gè)上層節(jié)點(diǎn)即家居主節(jié)點(diǎn)由全能型設(shè)備構(gòu)成。射頻收發(fā)模塊作為系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的無線連接和無線數(shù)據(jù)或指令的收發(fā)。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19第 4 章 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 家庭控制子網(wǎng)的組建 家居設(shè)備子節(jié)點(diǎn)智能家居系統(tǒng)在家庭環(huán)境中布置 ZigBee 模塊作為家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)以無線通信方式組織成網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)周圍一定范圍內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)、收發(fā)信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在智能家居系統(tǒng)的家庭控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)中，協(xié)調(diào)器是家庭子網(wǎng)的核心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)，選擇關(guān)鍵的家庭子網(wǎng)參數(shù)和維持子網(wǎng)的正常工作。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器提供管理功能，是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)組建的過程中協(xié)調(diào)器選擇沒有被占用的空閑信道進(jìn)行傳輸，并且設(shè)定相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，并配置網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)漕愋汀哟紊疃?、?jié)點(diǎn)數(shù)等參數(shù)。APS 子層的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)設(shè)備之間的信息傳輸。對(duì)于一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)來說有以下幾種路由方式：第一，查看目標(biāo)設(shè)備是否在設(shè)備的鄰居列表中；第二，檢查路由表記錄信息；第三，采用樹形路由。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17圖 34 End Device 功能模塊圖當(dāng)一個(gè)子設(shè)備收到父設(shè)備要求其離開網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求后，父設(shè)備通過 原語要求所有的子設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)。圖 33 Router 功能模塊圖ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器和協(xié)調(diào)器都維護(hù)一張路由表，這張路由表中記錄著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間路由路徑的信息。協(xié)調(diào)器主要利用物理子層提供的掃描功能設(shè)定合適的信道、PANID(個(gè)域網(wǎng)ID)以及網(wǎng)絡(luò)地址后，便開始向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信標(biāo)幀，等待其他設(shè)備請(qǐng)求加入該網(wǎng)絡(luò)。這里有 LQI(鏈路質(zhì)量指示)值和網(wǎng)絡(luò)深度兩個(gè)主要指標(biāo)。圖 3圖 3圖 34 分別給出了各種設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層的功能模塊，首先需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行初始化，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)的組建過程中對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，路由器和節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)后申請(qǐng)加入到該網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址的分配。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)服務(wù)由數(shù)據(jù)實(shí)體提供，應(yīng)用層和 MAC 層的接口分別為網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)訪問接口、MAC 層數(shù)據(jù)訪問接口，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)等的應(yīng)用層之間的傳輸。①協(xié)調(diào)器：每個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)都必須包含一臺(tái) ZigBee 協(xié)調(diào)器，ZigBee 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的建立，并且負(fù)責(zé)選擇合適的無線信道、分配網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示符等操作。完整的ZigBee 協(xié)議框架由網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。在華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14通信能力上，RFD 只能和與其關(guān)聯(lián)的 FFD 進(jìn)行通信，而 FFD 不僅可以與其它FFD 設(shè)備通信，還能與 RFD 之間通信。 的物理層通過采用高階調(diào)制技術(shù)能夠提供 250kbps 的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時(shí)延和更短的工作周期，從而更加省電。 的 ：確認(rèn)模式的幀傳送與接收；設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束；幀校驗(yàn)、預(yù)留時(shí)隙管理、廣播時(shí)隙管理；數(shù)據(jù)包的順序傳輸，信道接入控制。所有的這些相關(guān)策略都是為了保證數(shù)據(jù)安全。ZigBee 的有效覆蓋范圍可達(dá) 100 米左右，并且該頻段對(duì)于墻壁有比較好的穿透性，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而改變，一般都能夠覆蓋辦公室或普通的家庭環(huán)境。(4)安全性：家居控制網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的信道不能被非法監(jiān)聽和修改，應(yīng)該是可靠加密的。目前，ZigBee 芯片的成本大約在 4 美元左右，對(duì)于大批量應(yīng)用而言 ZigBee 設(shè)備的成本可以做到 2 美元以下。家庭控制網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)的神經(jīng)和核心，對(duì)于家庭控制網(wǎng)絡(luò)Zigbee 在智能家居中的應(yīng)用而言，必須滿足如下要求：(1)可靠性：家居控制網(wǎng)絡(luò)要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆荒芤驗(yàn)楦蓴_或者信道阻塞而下降，要保證家居主節(jié)點(diǎn)與家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間安全、無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。這不僅僅因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)具有更大的靈活性、流動(dòng)性，省去了布線的麻煩，更重要的是它符合家居控制網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)。(4)遠(yuǎn)程控制：移動(dòng)終端設(shè)備能夠接入 Inter 并登錄到智能家居控制系統(tǒng)中，進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。與家居數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目的不一樣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中音視頻等大數(shù)據(jù)傳輸需要高速數(shù)據(jù)通信接口，而家居控制系統(tǒng)需要經(jīng)濟(jì)、低功耗的控制網(wǎng)絡(luò)，該控制網(wǎng)絡(luò)的主要功能在于設(shè)備的連接與控制，基本上無需高速的通信方式來支撐。本系統(tǒng)選用 GPRS 無線傳輸技術(shù)，其具有實(shí)時(shí)在線、高速傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，符合本系統(tǒng)傳輸模塊的功能要求。通俗地講，GPRS 是一項(xiàng)無線高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過 GPRS 可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā) Email、進(jìn)行 Inter 瀏覽、即時(shí)聊天等。S3C2440 芯片在 ARM920T 核的同時(shí)，增加了豐富的外圍資源，主要包括：外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器（SRAM 控制器和芯片選擇邏輯） ；1個(gè) LCD 控制器；4 個(gè)通道的 DMA；3 個(gè)通道的 UART；4 個(gè) PWM 功能的 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和 1 個(gè) 16 位內(nèi)部定時(shí)器；16 位看門狗定時(shí)器； 117 位通用 I/O口和 24 位外部中斷源；8 通道 10 位 ADC；觸摸屏接口；IIS 總線接口；2 個(gè)USB 主機(jī)接口，1 個(gè) USB 設(shè)備接口；2 個(gè) SPI 接口；電源管理。中央控制室可以與加入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備（PC、手機(jī)、傳感器模塊）進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)智能家居的安全報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制、手機(jī)遠(yuǎn)程控制和查看。家居主節(jié)點(diǎn)與家庭網(wǎng)關(guān)之間使用串口連接，可將數(shù)據(jù)上傳到家庭網(wǎng)關(guān)中。這種控制或者檢測(cè)功能需要通過運(yùn)算和控制單元操作完成。從網(wǎng)絡(luò)層次上分為家庭外部網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)兩部分，分別對(duì)應(yīng) Inter 網(wǎng)和 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D 21 所示。本系統(tǒng)需要在家居設(shè)備之上安裝與之功能相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)模塊，這些節(jié)點(diǎn)模塊包括了傳感器、執(zhí)行器和通信模塊。智能家居系統(tǒng)是一個(gè)大的社會(huì)系統(tǒng)工程，應(yīng)當(dāng)加快華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6我國(guó)智能家居標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程，積極協(xié)調(diào)寬帶接入工程，根據(jù)我國(guó)國(guó)情、民情，鼓勵(lì)智能家居建設(shè)分“ 幾步走”和“一步到位”共舉，鼓勵(lì)使用可充分開發(fā)利用大量傳統(tǒng)家電（非智能家電）的家庭平臺(tái)，重視幾萬人需要通過電視實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)的群體，重視小區(qū)局域網(wǎng)以外智能家居的市場(chǎng)需求。這種平臺(tái)除了具有家居平臺(tái)的一般功能外，還具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別適于根據(jù)我國(guó)國(guó)情、民情，實(shí)現(xiàn)“智能化家居幾步走” 。目前智能家居一般要求有三大功能單元：第一，要求有一個(gè)家庭布線系統(tǒng)；第二，必須有一個(gè)兼容性強(qiáng)的智能家居中央處理平臺(tái)（家庭信息平臺(tái)） ；第三，真正的智能家庭生活至少需要三種網(wǎng)絡(luò)的支持)寬帶互聯(lián)網(wǎng)、家庭互聯(lián)網(wǎng)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)。智能家居最終目的是讓家庭更舒適、更方便、更安全、更符合環(huán)保。智能化家庭與智能大廈概念與定義一樣，至今尚沒有取得一致的認(rèn)同。學(xué)習(xí)了解物聯(lián)網(wǎng)與智能家居的相關(guān)概念與應(yīng)用，為我以后的職業(yè)生涯提供了一個(gè)新的方向。美國(guó)獨(dú)立市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)FORESTER 預(yù)測(cè)，到 2020 年全球“物物互聯(lián)”業(yè)務(wù)，與“人與人通信” 業(yè)務(wù)之比將達(dá)到 30∶1。隨著社會(huì)全面的信息化、智能化和自動(dòng)化，家庭智能化必將成為未來