【正文】 監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。其在 2020 年的產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò) 2600億元人民幣，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 將會(huì) 越來(lái)越激烈。本文研究的是基于物連網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。把與家庭生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起統(tǒng)一管理，使生活舒適、安全、和高效，具有良好的發(fā)展前景。家居不再是生活起居的場(chǎng)所，同時(shí)也是休閑、娛樂(lè)的地方。建設(shè)部要求根據(jù)不同消費(fèi)者的需求，推動(dòng)家居數(shù)字化、建筑智能化，產(chǎn)品便利化的發(fā)展，未來(lái)智能家居市場(chǎng)潛力巨大。智能家居的基本目標(biāo)是將家庭中各種信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家用安防等裝置連接到一個(gè)智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或異地監(jiān)視、控制和家庭事 務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。 在當(dāng)前市場(chǎng)中，智能家居相比傳統(tǒng)家居、建材行業(yè)所占的市場(chǎng)份額還是微乎其微。隨著信息技術(shù)和 Inter 技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居技術(shù)在實(shí)現(xiàn)成本上大幅度降低，同時(shí)人們永不停步地追求生活智能化和 舒適化，如果技術(shù)更加成熟、成本更加低廉，功能更加完美，其市場(chǎng)需求將會(huì)非常巨大。不僅要求辦公自動(dòng)化、智能化，也需要家居生活逐漸地變得自動(dòng)和智能起來(lái)。智能家居系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將各種家用設(shè)施通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適的生活 環(huán)境 。 該設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)智能家居系統(tǒng)的分析，確定了總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。 最終 利用 人體紅外傳感器 (infrared sensor)、 GSM 模塊、溫度傳感器 (temperature transmitter)、 光電 傳感器 (photoelectric sensor)，煙霧傳感器 (MQ2)，繼電器等，結(jié)合電路組裝成系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)房屋的遠(yuǎn)程監(jiān)控 ，以及保護(hù)人員、物體的安全 ，方便用戶(hù)隨時(shí)在最短的時(shí)間內(nèi)了解并掌握房屋情況。它既能給我們營(yíng)造了溫馨舒適、安全便捷的生活環(huán)境，還能夠?qū)译娫O(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及管理，當(dāng)家庭安全問(wèn)題出現(xiàn)后還能及時(shí) 給我們相應(yīng)的警報(bào)。與普通的家居相比，智能家居不僅包括了普通家居的全部功能，更重要的是它提供給了我們溫馨快樂(lè)，且安 全高效的高 質(zhì)量生活環(huán)境，還將一個(gè)看似靜止的生活空間變成了一個(gè)有一定高智能 的生活小幫手，更加進(jìn)一步優(yōu)化了我們的生活質(zhì)量。在我國(guó)，智能家居這一概念推廣較晚，約在 90 年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國(guó)內(nèi)，但發(fā)展速度驚人，至今已存在相當(dāng)數(shù)量的智能化小區(qū)及住宅。它是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)化，智能化于一體的 高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境。 智能家居是現(xiàn)代社會(huì)最熱門(mén)的話(huà)題之一，它的目標(biāo)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運(yùn)行，而不論距離的遠(yuǎn)近。目前，已經(jīng)有越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)和個(gè)人開(kāi)始了對(duì)智能家居進(jìn)行研究 。 它能夠自動(dòng)控制和管理家電設(shè)備，對(duì)家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并且能夠?yàn)榱毫υ矗夯谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 2 住戶(hù)提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 智能家居的發(fā)展分為三個(gè)階段 [2]： 首先是家庭電子化（ Home Electronics）階段，這個(gè)時(shí)期主要是面向單個(gè)的電器，家庭電器之間并沒(méi)有形成網(wǎng)絡(luò)，亦沒(méi)有大的聯(lián)系。 最后是家居智能化（歐洲稱(chēng)為 Smart Home，美國(guó)稱(chēng)為 Wise House）階段，這個(gè)時(shí)期是面向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的階段，系統(tǒng)通過(guò)家庭分布總線(xiàn)把住宅內(nèi)各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器、報(bào)警裝置并到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行集中的監(jiān)控、管理，保持家電與環(huán)境的協(xié) 調(diào)，提供生活、工作、學(xué)習(xí)以及娛樂(lè)的各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，營(yíng)造一種溫馨舒適的家庭氛圍。 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1984 年，世界上第一幢智能建筑在美國(guó)康涅迪格州落成，這棟意義非凡的建筑只是對(duì)一座舊式大樓的一定程度的改造而完成的。 2020 年，新加坡有近 30 個(gè)社區(qū)的約 5000 戶(hù)家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國(guó)的安裝住戶(hù)高達(dá) 4 萬(wàn)戶(hù)。現(xiàn)在，國(guó)外的智能家居系統(tǒng)技術(shù)己日趨成熟，預(yù)計(jì)今年， 50%以上的新房將具有一定的“智能型家居”功能。 在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，美國(guó)及一些歐洲國(guó)家一直處于領(lǐng)先地位。例如 :微軟公司開(kāi)發(fā)的“夢(mèng)幻之家”、摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)的“居所之門(mén)”、 IBM 公司開(kāi)發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)。 目前市場(chǎng)上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有： （ 1） X10 系統(tǒng)（美國(guó)），該系統(tǒng)是利用電力線(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用集中控制方式實(shí) 現(xiàn)。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)同樣的功能， X10 家居控制系統(tǒng)是利用 220v 電力線(xiàn)將發(fā)射器發(fā)出的 X10 信號(hào)傳送給接收器從而實(shí)現(xiàn)智能化的控制，因此采用這套系統(tǒng)不需要額外的布線(xiàn)，這也是這套系統(tǒng)的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠渌到y(tǒng)基本上都需要布低壓線(xiàn)，在墻上或地面開(kāi)槽、鉆孔，施工難度大、費(fèi)用高、工期長(zhǎng)。 （ 2） EIB 系統(tǒng)（德國(guó)），該系統(tǒng)采用預(yù)埋總線(xiàn)及中央控制方式實(shí)現(xiàn)控制功能。 （ 3） 8X 系統(tǒng)（新加坡），該系統(tǒng)采用預(yù)處理總線(xiàn)跟集中控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。但是由于系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性及產(chǎn)品價(jià)格等方面還難以達(dá)到要求，所以目前在國(guó)內(nèi)還較少應(yīng)用。眾所周知，我國(guó)的智能化住宅建設(shè)最早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內(nèi)陸發(fā)展 [3]。 1999 年，建設(shè)部勘察設(shè)計(jì)司、建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室聯(lián)合組織實(shí)施全國(guó)住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，標(biāo)志著我國(guó)住宅小區(qū)智能化進(jìn)入了一個(gè)新階段。據(jù)建設(shè)部要求，截止今年，我國(guó)將有70%以上的家庭擁有 Inter 入網(wǎng)設(shè)備，大中城市中 50%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化。目前，主要采梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 4 用國(guó)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(dòng)電話(huà)作為移動(dòng)數(shù)字控制中心。 （ 2） ehome 數(shù)字家園（清華同方），該智能家居控制系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)中國(guó)家庭設(shè)計(jì)的，遵循國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及末端設(shè)備。其智能家居控制系統(tǒng)主要有以下三個(gè)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)。 易家三代：配電箱集中安裝式家庭控制產(chǎn)品。 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(chǎng)上也開(kāi)始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品，但從總體的發(fā)展來(lái)看，不容樂(lè)觀，特別是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏嚴(yán)重影響了家居智能化的發(fā)展。家居智能化控制的開(kāi)發(fā)和建設(shè)是未來(lái)國(guó)家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì) [4]。而且 在現(xiàn)在這個(gè)注重綠色環(huán)保的世界里，智能地 為住戶(hù)控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶(hù)安心入住。 本課題研究的基本內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)是基于 ARM9 的 S3C2440 核心處理器，以 Linux 嵌入式系統(tǒng)為家居總中2020屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 心監(jiān)控系統(tǒng)，使用 Linux Qt 完成控制程序及人機(jī)界面的編寫(xiě)，采用 ds18b20 溫度傳感器、 MQ2 煙霧傳感器、光電傳感器為數(shù)據(jù)采 集源，采用西門(mén)子公司的 AT35GSM 模塊完成通信及監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)控家居溫度、空氣質(zhì)量，以及家居重要財(cái)產(chǎn)防盜的功能。最后簡(jiǎn)單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容 和設(shè)計(jì)思路。而嵌入式技術(shù)在最近幾年得到了廣闊的發(fā)展 [5]。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(kāi)發(fā)的難度降低，出現(xiàn)了大量專(zhuān)注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開(kāi)發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。 設(shè)計(jì)本智能家居系統(tǒng)，需要滿(mǎn)足 以 下 需求 。 （ 2） 在家居的門(mén)口安裝了 4*4 鍵盤(pán)，當(dāng)用戶(hù)輸入正確的密碼可以把門(mén)打開(kāi)，用戶(hù)通過(guò)其他非法手段比如撬開(kāi)鎖時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警模塊，達(dá)到防盜的功能。 （ 4） 當(dāng) 有小孩靠近窗戶(hù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)把窗戶(hù)關(guān)上，避免小孩可能發(fā)生墜樓的危險(xiǎn) ，當(dāng)小孩離 開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng) 把 窗戶(hù) 打開(kāi) 。 用戶(hù)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2020屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 戶(hù)界面友好，用戶(hù)體驗(yàn)效果良好，并且使用戶(hù)可以很容易掌握 操作流程 ，同時(shí)要求實(shí)用、舒適和 有個(gè)性等 。對(duì)智能家居產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，最重要的是應(yīng)立足于客 戶(hù)的對(duì)家居環(huán)境的具體需求，以實(shí)用為核心，摒棄掉那些華而不實(shí)的功能。智能家居系統(tǒng)大部分時(shí)間都在運(yùn)行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯(cuò)能力，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。在要求智能家居控制系統(tǒng)方便快捷的同時(shí)，還要求產(chǎn)品外觀小、功耗低、成本低和擴(kuò)展性號(hào)的特點(diǎn)。 系統(tǒng)總體 架構(gòu) 設(shè)計(jì) 本課題旨在設(shè)計(jì)一套智能家居系統(tǒng) ， 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求， 本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對(duì)智能家居的各部分進(jìn)行統(tǒng)一控制，主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控家電 (包括臺(tái)燈、風(fēng)扇 ) 部分，具有語(yǔ)音提示功能的密碼鎖防盜部分，窗戶(hù)自動(dòng)關(guān)窗預(yù)防小孩墜樓部分，煙霧濃度監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警部分。本智能家居系統(tǒng)整 體架構(gòu)框圖如圖 所示。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中先在 ARM Linux 中編寫(xiě)每個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序，編譯加載驅(qū)動(dòng)后應(yīng)用層方能操作硬件模塊 ，手機(jī)通過(guò)收發(fā)短信的方式通過(guò)應(yīng)用層程序與硬件模塊通信達(dá)到控制硬件的目的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，ARM 處理器經(jīng)歷了包括 ARM ARM ARM11 等在內(nèi)的多個(gè)發(fā)展階段，不斷成熟的 ARM 處理器的應(yīng)用必將為嵌入式的發(fā)展帶來(lái)新的活力，是更高端的產(chǎn)品應(yīng)用成為可能。它采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于 ARM7 處理器的處理能力。 圖 開(kāi)發(fā)板硬件資源 開(kāi)發(fā)板的硬件資源包括： ? Samsung S3C2440A 處理器： ? 主頻 400MHz，最高 533Mhz。 ? FLASH 存儲(chǔ)： ? 256M Nand Flash, 掉電非易失。 ? LCD 顯示： ? 板上集成 4 線(xiàn)電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線(xiàn)電阻觸摸屏， 支持黑白、 4 級(jí)灰度、 16 級(jí)灰度、 256 色、 4096 色 STN 液晶屏，尺寸從 寸到 寸。 ? 標(biāo)準(zhǔn)配置為統(tǒng)寶 真彩 LCD，分別率 240x320，帶觸摸屏。 ? 3 個(gè)串行口。 ? 1 個(gè) USB Slave B 型接口。 ? 1 路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風(fēng)接口。 ? 4 USER Leds 。 ? 1 個(gè) PWM 控制蜂鳴器。 ? 1 個(gè) I2C 總線(xiàn) AT24C08 芯片，用于 I2C 總線(xiàn)測(cè)試。 ? 板載實(shí)時(shí)時(shí)鐘電池。 ? 系統(tǒng)時(shí)鐘源： ? 12M 無(wú)源晶振。 ? 擴(kuò)展接口： ? 1 個(gè) 34 pin 接口。 ? 規(guī)格尺寸： ? 100 x 100(mm) 。 ? (R3)。在 GSM2020屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，它易于集成，可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開(kāi)發(fā)出新穎的產(chǎn)品。 本系統(tǒng)采用 TC35 對(duì)家電進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控， TC35 的主要特征如下： ? 信息傳送內(nèi)容：語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。 ? 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 。 ? 天線(xiàn)：由天線(xiàn)連接器連接外部天線(xiàn) 。 ? 音頻接口：模擬信號(hào)（麥克風(fēng)，耳麥，免提手柄）。 ? 模塊復(fù)位：采用 AT 指令或掉電復(fù)位 。 要實(shí)現(xiàn)發(fā)短信或語(yǔ)音功能主要是通過(guò)開(kāi)發(fā)板串口發(fā)送 AT 指令經(jīng) max232 把 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平并處理 TC35 反饋回來(lái)的信息來(lái)進(jìn)行的。 圖 TC35 模塊和 max232 串口轉(zhuǎn)換電路 溫度傳感器 本系統(tǒng)選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 DS18B20 的主要特征 和引腳封裝原理圖梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 12 如下： ? 全數(shù)字轉(zhuǎn)換及輸出。 ? 測(cè)量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送。 ? 測(cè)溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測(cè)溫分辨率為 ℃。 ? PVC 電纜直接出線(xiàn)或德式球型接線(xiàn)盒出線(xiàn) ,便于與其它電器設(shè)備連接。 （ 2） GND 為電源地。 DS18B20 與 ARM 處理器的接口十分簡(jiǎn)單，只需要將 DS18B20 的信號(hào)線(xiàn)與控制線(xiàn)的一位雙向端口連接即可。 圖 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(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。使用簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的2020屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 輸出信號(hào)。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 ? ?RLsL R LV c VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光 電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見(jiàn)紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。它可以用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 14 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡(jiǎn)單易用，正確接好線(xiàn)之后輸入 高電平，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物時(shí)會(huì)一直輸出低電平信號(hào)。 ISD1760 語(yǔ)音芯片 語(yǔ)音報(bào)警部分采用 isd1760 語(yǔ)音芯片來(lái)完成 。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)管理多段語(yǔ)音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄放