【正文】 班 指 導(dǎo) 老 師 黃堂森（教授） 2021 年 4 月 25 桂林電子科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 本人鄭重說明：我所提交的畢業(yè)設(shè)計是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過個人的研究工作所得出的成果，所得成果不存在知識產(chǎn) 權(quán)上爭鋒問題。除了文中所引用的內(nèi)容外，本文章不包含其他已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品成果。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 二○ 年 月 日 基于 linux系統(tǒng)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 智能家居是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺安裝有 智能家居系統(tǒng) 的居住環(huán)境，實施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。 智能家居 又稱智能住宅 ， 通俗地說，它是融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制 系統(tǒng)。 【 關(guān)鍵詞 】 智能家居， ARM8， GPRS 模組， Linux，開發(fā)板。s terms, it is the integration of automation and control systems, puter work systems and work munication technology in one of the worked intelligent home control system . Smart Home will allow users to have a more convenient means to manage the household equipment , such as through home touch screen, wireless remote control, telephone, inter or voice recognition control home devices , but you can perform a scene operations , enabling multiple devices to form a linkage 。智能家居則隨之而然的產(chǎn)生 ， 智能家居能給我們帶來方便又舒適的生活，而越來越多人們喜歡上智能家居環(huán)境。 智慧家居是今后家居領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，雖然市場推廣才剛剛開始，但行業(yè)的競爭已經(jīng)很激烈，光是寧波就有不下 5家企業(yè)專門從事這方面開發(fā)。今后， 數(shù)據(jù)將成為推進(jìn)社會進(jìn)步的第四生產(chǎn)力。比爾蓋茨是國外第一個使用智能家居的家庭，至今快有三十年的歷史了，智能家居控制系統(tǒng)也逐漸走進(jìn)大家的視野。根據(jù)《 中國智能家居設(shè)備行業(yè)發(fā)展環(huán)境與市場需求預(yù)測分析報告前瞻》 分析，目前我國智能家居產(chǎn)品與技術(shù)的百花齊放，市場開始明顯出現(xiàn)低、中、高不同產(chǎn)品檔次的分水嶺，行業(yè)進(jìn)入快速成長期。 智能家居 最初的發(fā)展主要以燈光遙控控制、電器遠(yuǎn)程控制和電動窗簾控制為主，隨著行業(yè)的發(fā)展，智能控制的功能越來越多，控制的對象不斷擴(kuò)展，控制的聯(lián)動場景要求更高，其不斷延伸到家庭安防報警、背景音樂、可視對講、門禁指紋控制等領(lǐng)域，可以說智能家居幾乎可以涵蓋所有傳統(tǒng)的弱電行業(yè)，市場發(fā)展前景誘人，因此和其產(chǎn)業(yè) 下面是智能家居的大楷模型圖： 相關(guān)的各路品牌不約而同加大力度爭奪智 能家居業(yè)務(wù)，市場漸成春秋爭霸之勢。 在探討智能家居相關(guān)開發(fā)技術(shù)中， 以客觀需要為基準(zhǔn)而開 家居 系統(tǒng)。 2 2 開發(fā)技術(shù)及編譯環(huán)境 嵌入式 web服務(wù)器 隨著因特網(wǎng)技術(shù)的興起，在嵌入式設(shè)備中 web 成為主要的技術(shù)，即 B/S 模式，能夠使嵌入式設(shè)備運(yùn)行一個支持 CGI 的服務(wù)器，使之能生成一些動態(tài)頁面，用戶端通過 Web 瀏覽器就就能對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理。而且 web 服務(wù)器能過主動將設(shè)備信息發(fā)給用戶。 Boa 是一款單任務(wù)的 HTTP 服務(wù)器 , 與其 他傳統(tǒng)的 Web 服務(wù)器不同的是，當(dāng)有連接請求到來時 , 它并不為每個連接單獨(dú)創(chuàng)建進(jìn)程 , 也不通過復(fù)制自身進(jìn)程來處理多鏈接 , 而是通過建立 HTTP 請求列表來處理多路 HTTP 連接請求 , 同時它只為 CGI 程序創(chuàng)建新的進(jìn)程 , 這樣就在最大程度上節(jié)省了系統(tǒng)資源 , 這對嵌入式系統(tǒng)來說至關(guān)重要 . 同時它還具有自動生成目錄、自動解壓文件等功能 , 因此 , Boa 具有很高的 HTTP 請求處理速度和效率 , 在嵌入式系統(tǒng)中具有很高的應(yīng)用價值。 Boa 的工作過程主要包括： 完成 Web 服務(wù)器的初始化工作 , 如創(chuàng)建環(huán)境變量、創(chuàng)建 TCP 套接字、綁定端口、開始偵聽、進(jìn)入循環(huán)結(jié)構(gòu) , 以及等 待接收客戶瀏覽器的連接請求； 當(dāng)有客戶端連接請求時 ,Web 服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶端請求 , 并保存相關(guān)請求信息； 在接收到客戶端的連接請求之后 ,分析客戶端請求 , 解析出請求的方法、URL 目標(biāo)、可選的查詢信息及表單信息 , 同時根據(jù)請求做出相應(yīng)的處理； Web 服務(wù)器完成相應(yīng)處理后 , 向客戶端瀏覽器發(fā)送響應(yīng)信息 , 關(guān)閉與客戶機(jī) 的 TCP 連接。 如果客戶端請求方法為 GET, 則在返回響應(yīng)首部的同時 , 將客戶端請求的URL 目標(biāo)文件從服務(wù)器上讀出 , 并且發(fā)送給客戶端瀏覽器 。 Boa 的功能實現(xiàn)也是通過建立連接、綁定端口、進(jìn)行偵聽、請求處理等來實 現(xiàn)的。他是 服務(wù)器運(yùn)行在外部的一個接口，他們通過遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)上的使用類型程序，來操控嵌入式設(shè)備。ＣＧＩ應(yīng)用程序可以由多種語言編寫，比如 c/c++， java， vb 等。 CGI 的主要作用如下： 通常情況下 CGI 程序被用來解釋 處理來自表單的輸入信息，在服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的處理，并將相應(yīng)的信息反饋給瀏覽器。如果你曾經(jīng)遇到過在 web 上填表或進(jìn)行搜索 , 你用的就是 CGI 程序。 CGI 的處理步驟： 通過 Inter 把用戶請求送到服務(wù)器。 CGI 程序把處理結(jié)果傳送給服務(wù)器。 另外 CGI 對系統(tǒng)資源要求高，容易成為被人非法進(jìn)入服務(wù)器系統(tǒng)的通道，以及系 統(tǒng)移植性不是很高。 是一種超文本標(biāo)記語言，是一種標(biāo)記標(biāo)簽。 Javascript JavaScript 被設(shè)計用來向 HTML 頁面添加交互行為。 JavaScript 由數(shù)行可執(zhí)行計算機(jī)代碼組成。需要注意的是： Java 和 4 JavaScript 是兩種完全不同的語言。 交叉編譯環(huán)境 圖 21 本項目選擇的 宿主機(jī) 是一臺運(yùn)行著 windows 系統(tǒng)電腦的 ， 通過以太網(wǎng)和串口與目標(biāo)機(jī)進(jìn)行通訊 。 目標(biāo)機(jī) 主要使用在軟件開發(fā)階段 ， 主要是跟嵌入式系統(tǒng)通信的宿主機(jī)區(qū)分開來 ， 一般是嵌入式應(yīng)用軟件的實際運(yùn)行環(huán)境或者是仿真系統(tǒng) ， 目標(biāo)機(jī)的硬件資源一般非常有 限 。 在使用交叉編譯工具時 ， 現(xiàn)在宿主機(jī)上寫好代碼并編譯成可執(zhí)行的程序，然后放到目標(biāo)機(jī)上單獨(dú)運(yùn)行，達(dá)到想要的結(jié)果。 開發(fā)的交叉編譯環(huán)境主要有 GNU、它能夠支持 ARM 處理器， 對于我們編寫程序有極大的好處。 交叉連接器與交叉編譯器能夠運(yùn)行在宿主計算機(jī)上，是能夠編譯連接生成在目標(biāo)機(jī)上的可執(zhí)行二進(jìn)制文件的一種工具 。 嵌入式系統(tǒng)一般連接后生成的可執(zhí)行程序要盡量小，所以連接過程的函數(shù)庫要盡量的小，因此所使用的函數(shù)庫一般是處理過的 。 系統(tǒng)評估及開發(fā)環(huán)境 上位機(jī)操作系統(tǒng)： ubuntu ， window xp； 系統(tǒng)評估平臺：桂林電大愛普提供的開發(fā)版 (arm 8) 編譯工具： armlinuxgcc； 項目設(shè)備 裝有 Linux 系統(tǒng)或裝有 Linux 虛擬機(jī)的 PC 機(jī)一臺； 桂林電大 A8 開發(fā)板一個（ 5VDC 電源適配器）； GPRS 模組（ 5VDC 電源適配器，自備 SIM 卡）； 溫濕度傳感器： AM2311； 6 3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 需求分析 用戶需求 ，客戶需要以下基本功能： 傳感器發(fā)送過來的 信息； 并通過 GPRS 模組發(fā)送給用戶 ； 需求分析 本課題主要通過遠(yuǎn)程網(wǎng)頁控制開發(fā)板中的 LED 燈，獲取溫濕度的狀態(tài)信息，并且能夠通過 GPRS 模組發(fā)送消息。 （ 1） GPRS 接收信息處理 先 初始化 開發(fā) 板的 串口配置， 然后處理 接收串口發(fā)送過來的信息，進(jìn)行字符串分析 并 處理， 得出相應(yīng)的命定，處理相應(yīng)的。如果超過安全值，則將在網(wǎng)頁上顯示警告信息。 基本 功能模塊 目前國內(nèi)的智能家居行業(yè)處于一個初期的發(fā)展階段， 還沒有形成一個公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn) ，而且現(xiàn)在的 智能家居 一般用在 住宅或住宅小區(qū)， 不同的環(huán)境對智能家居要求不一樣，還有些居民想要有獨(dú)特的個性化設(shè)計， 滿足自身的需求。 有的注重安全防范，有的注重智能控制 ， 有的喜歡有個全面的智能家居系統(tǒng) ，滿足各方面 的需求。 家庭對外通信模塊 在 智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色 ，使用戶能夠遠(yuǎn)程控制家里設(shè)備。 隨著 科技 技術(shù)的 不斷 發(fā)展 ，智能家居的 通信模塊 的 功能得到 加強(qiáng)，方法也變得多樣化。現(xiàn)在的通信方式從英特網(wǎng)再到 GPRS，通信方式也越來越多樣化與簡單化。 使用 GPRS 模組的好處是，只要手機(jī)有信號的地方就能給家中智能家居系統(tǒng)發(fā)消息，且成本低，環(huán)境影響少。 家庭網(wǎng)關(guān)在智能家居實現(xiàn)過程中非常重要，沒有網(wǎng)關(guān)，智能家居就無從說起，所以網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)智能家居的基本 。 本 項目用的是 三星公司生產(chǎn)的 s5pv210 芯片作為嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)， 他是ARM8 的芯片 。 (3)設(shè)備自動控制 模塊 智能家居是將更多的設(shè)備通過某種方式連接， 能夠?qū)⑺麄兊?統(tǒng)一 在一起便于集中 控制 ， 給 家庭生活帶來方便。 本項目中， LED 燈與開發(fā)板相連，可以通過 GPRS 模組發(fā)短信或者通過訪問網(wǎng)頁對，對 led 燈進(jìn)行控制。 硬件 模塊設(shè)計 本 節(jié) 主要介紹 項目 中的硬件 選擇 。 本節(jié)通過子模塊為列自來說明整體硬件的設(shè)計 。然后闡述了系統(tǒng)硬件連接及測試的整個過程， 9 由最基本的開發(fā)板連接、 溫濕度傳感器 、 GPRS 模組 ，直至將幾個功能模塊集合到一起，進(jìn)行測試。 目前 項目中， 智能家居解決方案 有以下三種選擇 :(1)用一個開發(fā)板做家庭網(wǎng)關(guān) 。(3)用一臺普通的計算機(jī)來做家庭網(wǎng)關(guān)。 而嵌入式設(shè)備成本不高，執(zhí)行效益比較高，而且體積小，方便用戶使用 。 （ 1） GPRS 模組 GPRS 模組采用 STM300 通訊芯片 ，利用無線移動網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)間的全雙工通訊。 模組通過是 UART 串行接口與主芯片來通信，可以與任何 UART 串行通信接口的設(shè)備進(jìn)行連接 .。 （ PBCCH）。 GPR