【正文】 Linux 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程系統(tǒng)搭建流程圖如圖 52 所示，其中包括 PC 平臺 Linux 虛擬機環(huán)境建立、QT 環(huán)境安裝、ARM 平臺 Linux 系統(tǒng)搭建。交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境。（5）交叉編譯由于嵌入式設(shè)備沒有足夠的內(nèi)存及存儲資源來完成其編譯過程，所以出現(xiàn)交叉編譯器這種編譯工具，能在一種平臺上編譯出能在另一種平臺運行的程序，即在 PC 平臺將程序編譯好，生成能在 ARM 平臺運行的可執(zhí)行程序只需將其移植到 ARM 平臺上運行即可。根文件系統(tǒng)首先是一種文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)不僅具有普通文件系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)的功能，相對于普通的文件系統(tǒng)，它的特殊之處在于，它是內(nèi)核啟動時所掛載的第一個文件系統(tǒng)。它控制著基本系統(tǒng)的硬件，管理虛擬內(nèi)存、任務(wù)、共享庫、需求加載、可執(zhí)行程序和 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)功能等。（4）文件系統(tǒng)Linux 內(nèi)核本身并不是操作系統(tǒng)，它是一個完整操作系統(tǒng)的組成部分。BootLoader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用 BootLoader 的這種工作模式。BootLoader 的作用是用來加載操作系統(tǒng)。JTAG 電纜串行電纜Ether 網(wǎng)交叉電纜HOST(PC) TARGET圖 51 宿主機和目標機的連接（3）引導(dǎo)程序 BootLoader系統(tǒng)引導(dǎo)代碼程序即 BootLoader，就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。（2）ARM 平臺 Linux 系統(tǒng)搭建為了提高嵌入式開發(fā)效率，一個完善的嵌入式開發(fā)環(huán)境是必不可少的。這里我們采用 VMware Player 虛擬機軟件，它是 VMware Workstation 的精簡版；用戶可以在一臺機器上同時運行多個操作系統(tǒng)。Virtual PC、VMware、Virtual Box 等虛擬機正是這樣一類軟件，他們可以在 Windows 平臺下虛擬出多臺電腦，在一臺機器上同時運行二個或更多的操作系統(tǒng)，并進行數(shù)據(jù)交換，方便快捷。個人用 Linux 開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序，可以在自己的 PC 上安裝一套 Linux 操作系統(tǒng)，而且是完全安裝。廣泛地用于儀器儀表、工業(yè)控制設(shè)備、電梯、程控交換機。帶操作系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)軟件上主要工作為針對自己開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)進行系統(tǒng)和應(yīng)用支撐軟件的移植；在嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件上進行二次開發(fā)，形成自己的嵌入式系統(tǒng)。ARM32 位體系結(jié)構(gòu)目前被公認為是業(yè)界領(lǐng)先的 32 位嵌入式 RISC 微處理器結(jié)構(gòu)，它的特點是可移植性強，可以在不同廠家相同內(nèi)核的芯片中輕松切換、功耗特低、功能強大，低端可以作為高級單片機使用，高端功能接近于 PC 機。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）36圖 416 USB 從接口的部分電路圖華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）37第 5 章 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與設(shè)計流程嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，在應(yīng)用中能夠適應(yīng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。S3C2440 芯片提供了一個 USBHOST 接口，但是對于目前的眾多 USB 設(shè)備來講不太夠用，所以 S3C2440 實驗儀擴展了 USB——HUB 接口，可以擴展四路 USB 設(shè)備，方便 USB 鍵盤、USB 鼠標、USB 攝像頭、USB 無線網(wǎng)卡等USB 設(shè)備同時使用，但是由于 S3C2440 實驗儀本身外擴了 SATA 硬盤，該硬盤在正常使用時需要占用一個 USB 主通道，板子只預(yù)留了三路 USB 接口。特別要注意，選擇攝像頭的時候要選擇一款不僅在 windows 下免驅(qū)的，而且在 LINUX 下面也要免驅(qū)。V4L 從 版本的內(nèi)核中開始出現(xiàn)。圖 414 防盜聲光報警器電路原理圖 攝像模塊的硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)選用一款免驅(qū)的攝像頭，而且可以在非 PC 機上自動安裝驅(qū)動的攝像頭。本系統(tǒng)所使用的人體紅外傳感器為 5V 供電，感應(yīng)距離為 7m，感應(yīng)角度為 110176。傳感器的光譜范圍為1～10μm ，中心為 6μm，均處于紅外波段，是由裝在 TO－5 型金屬外殼的硅窗的光學(xué)特性所決定。工作原理如圖 413 所示。探頭內(nèi)包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。圖 412 防火聲光報警器電路原理圖人體會發(fā)射出的 10um 左右的特定波長紅外線，用專門設(shè)計的傳感器就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號。工作原理如圖 411華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）33所示?；鹧?zhèn)鞲衅鲀?nèi)部有光學(xué)濾鏡、場效應(yīng)管、紅外感應(yīng)源、偏置電阻等奇跡組成。圖 410 燃氣聲光報警器電路原理圖火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^目標與背景的溫差來探測目標，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）32圖 49 中央控制器控制安防硬件連接框圖安防系統(tǒng)中燃氣傳感器采用 MQ6，它所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。硬件連接如圖 48 所示。 傳感器模塊的硬件電路設(shè)計 室內(nèi)環(huán)境子系統(tǒng)本系統(tǒng)采用 SHT10 數(shù)字溫濕度傳感器對溫濕度進行測量。也可以手動按下 GPRS 模組上的 ON/OFF 按鍵，大約 2 秒之后松開，GPRS 模組亦可以被啟動。模組帶有一個 10 針的接口，可以直接和 MCU 相連接，也可以通過模組上的 RS232 接口和 PC 機直接相連接。（5）無限制的輔助服務(wù)數(shù)據(jù)支持（USSD） 。（3）集成 TCP/IP 協(xié)議，方便實現(xiàn)上網(wǎng)功能。該模組具有以下特性：（1）支持 EGSM900M、 DCS1800M、PCS1900M 三種頻段，兼容 GSM Phase 2/2+。同時，模組內(nèi)具備 TCP/IP 協(xié)議棧，可以直接利用它實現(xiàn)無線上網(wǎng)。手機終端上數(shù)據(jù)的格式使用標準化的，基于文本的 XML 格式，它能夠解決數(shù)據(jù)跨平臺的問題，并且與家庭網(wǎng)關(guān)上程序所用的數(shù)據(jù)格式相同，便于通信和分析。圖 44 中央控制器的主板結(jié)構(gòu)圖華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）29 GPRS 模組的硬件電路設(shè)計系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)關(guān)是一臺與 Intemet 相連，并且擁有固定 IP 地址的服務(wù)器，為了實現(xiàn)由手機移動終端到家庭網(wǎng)關(guān)的遠程數(shù)據(jù)傳輸，首先需要為手機移動終端開通 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使用 WindowsMobile 的數(shù)據(jù)連接功能連接到當(dāng)?shù)氐腉PRS 業(yè)務(wù)節(jié)點，然后通過 GPRS 網(wǎng)關(guān)接入 Inter，實現(xiàn)與家庭網(wǎng)關(guān)的無線通信。（2）NAND FLASH 啟動方式，即代碼燒到 NAND FLASH 中，借助片內(nèi)4K 的 sram，將代碼由 NAND FLASH 烤到 SDRAM 中，在 SDRAM 中運行。? Bank6—bank7：SRAM、ROM SDRAM(NOR FLASH)。bank0 可以作為引導(dǎo)ROM，其數(shù)據(jù)線寬只能是 16 位和 32 位，其它存儲器的數(shù)據(jù)線寬可以是 8 位、16 位和 32 位。? 27 位地址信號、32 位數(shù)據(jù)信號、8 個片選信號、以及讀/寫控制信號等。存儲器控制器特性? S3C2440 采用總線結(jié)構(gòu)管理片上外設(shè)及內(nèi)存。? 具有電源管理功能，可以使系統(tǒng)以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產(chǎn)品功耗。? I/O 均支持 供電。? 內(nèi)核 供電最高 400M, 供電最高 533M。 中央控制器的設(shè)計中央控制器以韓國三星公司推出的 16/32 位 RISC 微控制器 S3C2440A 為核心，其 CPU 采用的是 ARM920T 內(nèi)核。因為 PC 功能強大，支持多種設(shè)備接口，包括了操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)支持等，能很方便地實現(xiàn)控制和網(wǎng)關(guān)功能，還可以根據(jù)實際需要定制軟硬件和接口，使它的功能、可靠性和成本等各方面更適應(yīng)智能家居系統(tǒng)的要求。人機界面的簡單性、易用性和靈活性關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的發(fā)揮，對用戶體驗有很大的影響。數(shù)據(jù)交互：實現(xiàn)外部訪問權(quán)限的認證、外部指令的執(zhí)行，根據(jù)系統(tǒng)和用戶需求完成特定的服務(wù)。狀態(tài)變化包括家居設(shè)備節(jié)點的添加、移除和異常情況的記錄以及家居主節(jié)點的所有操作記錄。它的內(nèi)容主要包括：日志管理、數(shù)據(jù)交互、人機界面和對內(nèi)通信。圖 43 家庭網(wǎng)關(guān)模型(2)家庭網(wǎng)關(guān)是一個為用戶提供各種家居控制服務(wù)的平臺。從信息流動和變換的觀點看，可以將家庭網(wǎng)關(guān)視為如圖 43 所示模型。從功能上講，信息通道并不能完全概括家庭網(wǎng)關(guān)的作用，更重要的是家庭網(wǎng)關(guān)在整個系統(tǒng)中還要完成更重要的一項功能，即“協(xié)議轉(zhuǎn)換 ”。所以，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備兩個主要功能。它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通訊信號，通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號給某個終端設(shè)備。家庭網(wǎng)關(guān)在本文中充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口單元的作用，它既可以與家庭內(nèi)部的子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進行直接通信，還能與外部 Inter 進行直接的通信。家庭控制網(wǎng)絡(luò)必須與外界網(wǎng)絡(luò)進行連接才能實現(xiàn)遠程控制，例如通過手機平臺的連接 Intemet隨時隨地對家庭內(nèi)部設(shè)備和狀態(tài)進行遠程監(jiān)控和配置。表 43 溫控設(shè)備溫度設(shè)定的數(shù)據(jù)包幀格式 設(shè)備 ID 設(shè)備類別 命令 數(shù)據(jù) 校驗字02H 01H 01H(001B) 01H 07H,FFH 校驗字命令請求 設(shè)備編號 模擬量控制 溫度設(shè)定 對應(yīng) 20度1～6 字節(jié)取異或 家庭網(wǎng)關(guān)的構(gòu)建基于 ZigBee 無線通信技術(shù)的家庭控制網(wǎng)絡(luò)為家庭內(nèi)部各個終端之間的信息交換提供了一個統(tǒng)一和較為完善的網(wǎng)絡(luò)平臺，使得智能化和自動化的范圍從單個節(jié)點和單個設(shè)備擴充到整個家庭范圍，在一定程度上完成了智能家居控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。命令和數(shù)據(jù)：命令和數(shù)據(jù)共三個字節(jié)，命令字段用于請求相應(yīng)的操作，數(shù)據(jù)字段的兩個字節(jié)在數(shù)據(jù)請求幀和命令請求幀中代表相應(yīng)的操作數(shù)，在數(shù)據(jù)返回幀和命令返回幀中裝載著要查詢的數(shù)據(jù)和命令的執(zhí)行結(jié)果。目標設(shè)備 ID：該字節(jié)共 8 位，容量為 256 個終端設(shè)備，本文設(shè)計的系統(tǒng)可以根據(jù)需要自定義家居設(shè)備節(jié)點的 ID 號。表 42 是本系統(tǒng)定義出的通信幀結(jié)構(gòu)。所以需要在家居主節(jié)點和家居設(shè)備節(jié)點之間定義四種類型的數(shù)據(jù)幀，即數(shù)據(jù)請求幀、數(shù)據(jù)應(yīng)答幀、命令請求幀、命令應(yīng)答幀。 子網(wǎng)通訊協(xié)議為了使各個設(shè)備之間能夠識別發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)所代表的信息含義，家居設(shè)備節(jié)點和家居主節(jié)點之間必須制定統(tǒng)一的通信協(xié)議。家居主節(jié)點必須記錄該節(jié)點的狀態(tài)，并能夠以適當(dāng)?shù)姆绞絾拘言搨鞲衅鞴?jié)點。因此，家庭網(wǎng)關(guān)必須要監(jiān)測設(shè)備節(jié)點的電量，發(fā)現(xiàn)節(jié)點電量低時應(yīng)發(fā)出相應(yīng)的警報、拆除該節(jié)點并將相應(yīng)的信息發(fā)送到遠程管理終端。首先，傳感器電源的監(jiān)測是個重要的問題。節(jié)點重啟就是當(dāng)控制中心發(fā)現(xiàn)某節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)出現(xiàn)連續(xù)錯誤時，可以關(guān)閉該節(jié)點再重新啟動實現(xiàn)復(fù)位功能。所謂節(jié)點設(shè)置，就是家居主節(jié)點對節(jié)點的某個參數(shù)值進行設(shè)定，譬如說煙霧傳感器報警的門限值。家居主節(jié)點不僅要完成設(shè)備節(jié)點的信息采集，還要實現(xiàn)對節(jié)點的控制。一類節(jié)點的數(shù)據(jù)需要周期性的進行采集，對于這里節(jié)點，家居主節(jié)點以輪詢的方式周期性的與它們進行通信。(3)節(jié)點通信功能設(shè)備節(jié)點只能與家居主節(jié)點通信，設(shè)備節(jié)點相互之間不能進行信息交互。另一種拆除是由家居主節(jié)點主動發(fā)起。一種是設(shè)備節(jié)點請求拆除。這樣就完成了節(jié)點的插入。家居主節(jié)點首先判斷該節(jié)點是否存在于地址列表中，如果該節(jié)點不在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)地址列表中，即該節(jié)點當(dāng)前不在網(wǎng)，同時網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備節(jié)點數(shù)還沒有超過網(wǎng)絡(luò)最大容量，則家居主節(jié)點記錄該節(jié)點的初始信息，并給該節(jié)點分配一個唯一的節(jié)點號。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)具有自組織功能。(2)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)更新：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，家居主節(jié)點必須具有能夠發(fā)現(xiàn)這種變化并修改地址表信息的功能。若設(shè)備節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求后一分鐘內(nèi)沒有得到回應(yīng)，則重新產(chǎn)生一個隨機數(shù)，等待隨機時延再次向家居主節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求。家居設(shè)備節(jié)點收到家居主節(jié)點的數(shù)據(jù)幀之后，產(chǎn)生一個 0255 的隨機數(shù)，這個隨機數(shù)用于計算本節(jié)點的時延，每個節(jié)點等待隨機時延后向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請求，延時時間由隨機數(shù)與時延基數(shù)相乘得出。除此之外，家居主節(jié)點必須能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的改變，如設(shè)備節(jié)點的插入和拆除，修改和維護網(wǎng)絡(luò)地址表的信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織功能。系統(tǒng)上電后，家居主節(jié)點首先選擇一個空閑信道，采集活動節(jié)點信息，并為之分配一個唯一的節(jié)點號，完成系統(tǒng)地址表的初始化。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21程序初始化NOPRIMITIVEY是否已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)是否要加入網(wǎng)絡(luò)是否作為老節(jié)點加入是否發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是否要發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)加入原有網(wǎng)絡(luò)成功加入網(wǎng)絡(luò)YNNYNYYNNY圖 41 家居設(shè)備節(jié)點工作流程 家居設(shè)備主節(jié)點家居主節(jié)點是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，要求必須由至少一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的 FFD 設(shè)備組成，一方面它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個過程，主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個方面，另一方面作為家庭網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點之間的橋梁，完成家庭網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點的通信。按照通信協(xié)議，不同的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)值代表不同的請求與參數(shù)，家居設(shè)備節(jié)點和家居主節(jié)點之間根據(jù)通信