【正文】 具有體積小、可隨身攜帶、普及率高、可隨時(shí)操作、通信距離不受限制等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，很容易被用戶接受。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易行、成本低、可隨時(shí)操作、易被用戶接受的特點(diǎn)。為了使系統(tǒng)具有用戶的友好性，用戶接收信息和發(fā)出的命令全部使用中文。第二章 系統(tǒng)方案在智能家居的諸多功能中，人們最關(guān)心的家居的安防和家電控制的實(shí)現(xiàn)，所以本系統(tǒng)方案的著眼點(diǎn)放在家居安防和家電控制功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的整體方案如圖21所示：圖21 智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案 嵌入式操作系統(tǒng)選擇ucosii，開發(fā)環(huán)境采用IAR for ARM 。通訊模塊采用西門子基于TC35i的工業(yè)級(jí)GPRS模塊，控制命令和報(bào)警信息以中文短信的方式進(jìn)行傳送。作為嵌入式操作系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：（1） 低成本開發(fā)系統(tǒng)，源代碼的開放性允許任何人獲取并修改，一方面降低了開發(fā)成本，另一方面又提高了開發(fā)效率。（3） 定制的OS內(nèi)核，ucosii具有獨(dú)特的內(nèi)核配置機(jī)制，根據(jù)用戶的需要可以將某些模塊選中編譯或不編譯到內(nèi)核中，并能根據(jù)嵌入式設(shè)備的個(gè)性需要量體裁衣，內(nèi)核可以達(dá)到幾十個(gè)KB。（5） 良好的網(wǎng)絡(luò)支持，ucosii提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的模塊支持，這對(duì)依賴網(wǎng)絡(luò)的嵌入式設(shè)備來說無疑是一個(gè)很好的選擇。 在廚房設(shè)有煙霧傳感器，當(dāng)它檢測(cè)的煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限時(shí)帶動(dòng)一開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作，啟動(dòng)室內(nèi)音響報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，同時(shí)該信號(hào)經(jīng)光電耦合電路送微處理器，控制GPRS發(fā)出報(bào)警信息到用戶手機(jī)。用戶可發(fā)送中文指令集中的一條或多條命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的控制，系統(tǒng)中文指令集中的指令支持組合使用。采用西門子公司生產(chǎn)工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊TC35i?？紤]到國(guó)內(nèi)用戶的使用習(xí)慣，本系統(tǒng)提供一組中文指令集供用戶使用，用戶通過短信發(fā)送系統(tǒng)提供的中文指令，可以方便的了解家中各種電器的工作狀態(tài)并加以控制，同時(shí)在系統(tǒng)報(bào)警條件被觸發(fā)時(shí)自動(dòng)以中文短信的方式將報(bào)警信息發(fā)送到用戶手機(jī)。對(duì)GPIO的控制需要首先對(duì)相應(yīng)的端口和具體引腳進(jìn)行配置，具體的使用也很簡(jiǎn)單，Luminary驅(qū)動(dòng)庫中自帶一組對(duì)GPIO進(jìn)行操作的輸入輸出函數(shù)，用戶在對(duì)使用具體的GPIO引腳時(shí)，只需調(diào)用相應(yīng)的IO操作函數(shù)即可。由于LM3S6952是德州儀器公司最近兩年才推向市場(chǎng)的一款CoretexM3內(nèi)核芯片，設(shè)計(jì)比較新且功能強(qiáng)大，所以u(píng)cosii還沒有對(duì)此芯片提供很好的支持，我們參考了多方面資料，做了大量實(shí)驗(yàn)使LM3S6952能夠運(yùn)行ucosii，此項(xiàng)移植工作是我們?cè)诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)中花費(fèi)工作量比較大的一項(xiàng)工作。當(dāng)家居出現(xiàn)有人入室盜竊或火災(zāi)跡象時(shí)，門磁傳感器或煙霧傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，經(jīng)光電耦合電路送給LM3S6952，LM3S6952判斷處理后通過GPRS模塊采用中文短信的形式向默認(rèn)手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，系統(tǒng)的具體功能如下：（1） 空調(diào)遠(yuǎn)程啟?？刂啤Ｈ绻脩舭l(fā)現(xiàn)離家時(shí)空調(diào)忘記關(guān)閉，可以通過手機(jī)發(fā)出命令關(guān)閉空調(diào)。在冬季，用戶回家前可以用手機(jī)發(fā)出打開供熱閥命令，使家居供熱系統(tǒng)工作。（3） 熱水器遠(yuǎn)程啟?？刂?。（4） 防盜報(bào)警功能。（5） 防火報(bào)警功能。如果用戶想要了解遠(yuǎn)方家居內(nèi)家電設(shè)備的工作狀態(tài)，可通過手機(jī)發(fā)出家電工作狀態(tài)查詢命令，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)查詢命令發(fā)出指定家電或所有家電設(shè)備的工作狀態(tài)短消息到用戶手機(jī)。系統(tǒng)的溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家居內(nèi)的室溫，如果用戶想了解家居內(nèi)的室溫，可通過手機(jī)發(fā)出溫度采集命令，系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前的室溫以短消息的形式發(fā)給用戶。監(jiān)控命令發(fā)出后系統(tǒng)的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間﹤10秒。（2） 通信指標(biāo)：符合GSM短消息業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。（3） 防盜報(bào)警指標(biāo)：門窗打開縫隙﹥，系統(tǒng)發(fā)出防盜報(bào)警信息，遠(yuǎn)方手機(jī)在15秒內(nèi)收到報(bào)警短信。（5） 家居室溫測(cè)量:測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,當(dāng)溫度在－10℃～＋85℃℃， 在手機(jī)短消息的溫度顯示值精確到個(gè)位，溫度采集響應(yīng)時(shí)間30秒。LM326952溫度傳感器光電耦合煙霧傳感器門磁傳感器手機(jī)GPRS模塊OKU繼電器驅(qū)動(dòng)熱水器開關(guān)溫度傳感器空調(diào)開關(guān)取暖閥家居報(bào)警器取暖閥 圖41 智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成家電控制包括熱水器、空調(diào)、取暖閥的控制。防盜報(bào)警傳感器選用門磁，它由一塊磁鐵和霍爾元件電路組成。該報(bào)警開關(guān)信號(hào)經(jīng)光電耦合電路傳送到LM3S6952對(duì)應(yīng)的GPIO口，經(jīng)處理后控制GPRS模塊發(fā)出防盜報(bào)警中文短消息。煙霧傳感器是的工作原理是由于它在內(nèi)外電離室里面有放射源電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下分別向正負(fù)電極移動(dòng)。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，從而使電流，電壓有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，從而產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)，該開關(guān)信號(hào)經(jīng)光電耦合電路傳送到LM3S6952對(duì)應(yīng)的GPIO口，經(jīng)處理后由GPRS模塊發(fā)出火災(zāi)報(bào)警中文短消息。其內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)?？紤]到本系統(tǒng)只需采集室溫，溫度變化范圍在DS18B20的測(cè)量范圍之內(nèi)，由于DS1820僅需要一條數(shù)據(jù)線就可完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳送，非常節(jié)省硬件資源，因此采用DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。TC35i模塊集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，提供了功能完備的系統(tǒng)接口。TC35i模塊支持外部SIM卡，模塊自動(dòng)監(jiān)測(cè)和適應(yīng)SIM卡類型。 軟件總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)總體采用多任務(wù)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)，軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖42所示。NY命令解析創(chuàng)建遠(yuǎn)程控制任務(wù)讀串口數(shù)據(jù)開關(guān)空調(diào)開熱水器關(guān)熱水器開取暖閥關(guān)空調(diào)關(guān)取暖閥家電狀態(tài)啟動(dòng)家居報(bào)警復(fù)位家居報(bào)警復(fù)位火警發(fā)送中文短信采集家電狀態(tài)發(fā)送中文短信采集室溫看室溫圖44遠(yuǎn)程控制任務(wù)流程圖無報(bào)警有人進(jìn)入煙霧報(bào)警YNYN中文短信報(bào)警中文短信報(bào)警圖45報(bào)警任務(wù)流程圖火警關(guān)閉盜警關(guān)閉分析報(bào)警信號(hào)讀取報(bào)警信號(hào)本程序模塊是根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議來編寫的，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作，如圖46所示。有兩種方式來發(fā)送和接收SMS消息：文本模式或者PDU（protocol description unit）模式。文本模式的優(yōu)點(diǎn)是編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是只能發(fā)送普通的ASCII字符，而要發(fā)送圖片、鈴聲、其它編碼的字符（如中文）就必須采用PDU模式，相對(duì)文本模式來說編程實(shí)現(xiàn)也相對(duì)復(fù)雜一些。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來十分容易，但最大的缺點(diǎn)是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。7bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。A：短信息中心地址長(zhǎng)度，2位十六進(jìn)制數(shù)(1字節(jié))。C：短信息中心號(hào)碼，B+C的長(zhǎng)度將由A中的數(shù)據(jù)決定。 E：信息類型，2位十六進(jìn)制數(shù)。G：被叫號(hào)碼類型，2位十六進(jìn)制數(shù)，取值同B。I：協(xié)議標(biāo)識(shí)，2位十六進(jìn)制數(shù)。K：有效期，2位十六進(jìn)制數(shù)。M：用戶數(shù)據(jù)，其長(zhǎng)度由L中的數(shù)據(jù)決定。在RedHat ，對(duì)于中英文混合的文本也是如此，要在此Linux系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)中文短信，需要將系統(tǒng)默認(rèn)的GB2312字符編碼轉(zhuǎn)換成Unicode編碼。Unicode編碼是雙字節(jié)編碼方式，對(duì)所有字符，都采用2個(gè)字節(jié)編碼,包括數(shù)字，漢字和英文字符。而漢字的Unicode編碼則只有通過查表獲得。采用PDU方法實(shí)現(xiàn)中文短信舉例:+cmgf=0 //設(shè)置采用PDU模式+cmgs=LENGTH //設(shè)置要發(fā)送信息的長(zhǎng)度(LENGTH)：0891 683108401105F0 11000B81 3112243015F2 0008A714 59278FDE74065DE559275B6657CE5E025B669662 ：對(duì)照規(guī)范，具體分析：分段含義說明08地址信息的長(zhǎng)度供8個(gè)8位字節(jié)(包括91)91SMSC地址格式(TON/NPI) 用國(guó)際格式號(hào)碼(在前面加‘+’)68 31 08 20 05 05 F0SMSC地址 8613800250500，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)11代表PDU格式00代表是第幾條短消息0B固定格式8131 12 24 30 15 F2目標(biāo)地址(TPDA) 3112243015F2，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)00固定格式不動(dòng)，代表短消息08代表8bit Unicode編碼A714用戶信息長(zhǎng)度，實(shí)際長(zhǎng)度6個(gè)字節(jié)59278FDE74065DE559275B6657CE5E025B669662用戶信息：大連理工大學(xué)城市學(xué)院14后跟的就是所需發(fā)送的消息部分，全部采用Unicode的編碼。7bit編碼時(shí)，指原始短消息的字符個(gè)數(shù)，而不是編碼后的字節(jié)數(shù)。UCS2編碼時(shí)，也是字節(jié)數(shù)，等于原始短消息的字符數(shù)的兩倍。如果采用GSM (TPDCS的高3位為001)，則該長(zhǎng)度也是壓縮編碼后字節(jié)數(shù)或頭長(zhǎng)度與壓縮編碼后字節(jié)數(shù)之和。每個(gè)字符都用4位16進(jìn)制數(shù)表示。解決的辦法除了細(xì)心以外，還必須弄清楚短信PDU串中各部分的具體含義和長(zhǎng)度，這樣就可以在一定程度上減少錯(cuò)誤發(fā)生的概率。第五章 功能測(cè)試與結(jié)果分析 系統(tǒng)開發(fā)完成之后是否能完成最初的設(shè)計(jì)要求，需要在各種可能的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。 表51 遠(yuǎn)程控制功能的測(cè)試結(jié)果測(cè)試時(shí)間發(fā)送短信內(nèi)容家電狀態(tài)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試地點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果第1次5/28 8：40看室溫室溫26度23秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第2次5/28 8：42開空調(diào)空調(diào)開啟8秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第3次5/28 8：45關(guān)空調(diào)空調(diào)關(guān)閉8秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第4次528 8：46開熱水器熱水器開啟8秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第5次5/28 8：48關(guān)熱水器熱水器關(guān)閉8秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第6次5/28 8：50開取暖閥取暖閥開啟8秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第7次5/28 8：55關(guān)取暖閥取暖閥關(guān)閉8秒大連成功第8次5/28 9：00家電狀態(tài)手機(jī)顯示：空調(diào)已關(guān)，熱水器已開，取暖閥已開23秒大連聯(lián)通移動(dòng)成功第9次5/28 9：06看室溫室溫26度19秒移動(dòng)移動(dòng)第10次5/28 9：10開空調(diào)空調(diào)開啟7秒大連移動(dòng)移動(dòng)成功第11次5/28 9：12關(guān)空調(diào)空調(diào)關(guān)閉7秒大連移動(dòng)移動(dòng)成功第12次5/28 9：16開熱水器熱水器開啟7秒大連移動(dòng)移動(dòng)成功第13次5/28 9：17關(guān)熱水器熱水器關(guān)閉7秒大連移動(dòng)移動(dòng)成功第14次5/28 9：18開取暖閥取暖閥開啟7秒大連移動(dòng)移動(dòng)第15次5/28 9：19關(guān)取暖閥取暖閥關(guān)閉7秒大連移動(dòng)移動(dòng)第16次5/28 9：20家電狀態(tài)手機(jī)顯示：空調(diào)已開，熱水器已開，取暖閥已關(guān)18秒大連移動(dòng)移動(dòng)成功第17次5/28 9：38開空調(diào)空調(diào)已開10秒北京移動(dòng)移動(dòng)成功2．報(bào)警功能測(cè)試方案：報(bào)警測(cè)試模擬有人非法進(jìn)入和產(chǎn)生濃煙兩種情況，使系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警所需的觸發(fā)信號(hào)，并向用戶發(fā)送中文報(bào)警短信，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表52所示表52報(bào)警功能測(cè)試結(jié)果測(cè)試時(shí)間發(fā)生事件傳感器狀態(tài)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試地點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 結(jié)果第1次5/28 14:40模擬濃煙煙霧傳感器報(bào)警13秒大連移動(dòng)聯(lián)通成功第2次5/28 14:45非法入侵防盜報(bào)警10秒大連移動(dòng)聯(lián)通成功第3次5/28 14:52模擬濃煙煙霧傳感器報(bào)警12秒大連移動(dòng)聯(lián)通成功第4次5/28 14:57非法入侵防盜報(bào)警10秒大連移動(dòng)聯(lián)通成功說明： 由于條件限制，測(cè)試全部采用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，測(cè)試過程中采用普通手表計(jì)時(shí)，得出的響應(yīng)時(shí)間可能稍有偏差，篇幅所限，只列出部分測(cè)試數(shù)據(jù)。同一運(yùn)營(yíng)商用戶之間的通訊狀況要好于不同運(yùn)營(yíng)商之間用戶通訊?，F(xiàn)給出ARM核心板插座的部分原理圖和本系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)電路部分的原理圖。 （2）本系統(tǒng)以技術(shù)成熟和普及率高的的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(GSM或CDMA)為依托，以普通手機(jī)作為用戶終端，可在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和報(bào)警功能。全部操作命令和顯示信息均使用中文表達(dá)，操作簡(jiǎn)單方便，易于為大眾接受。（5）系統(tǒng)以CoretexM3單片機(jī)作為控制單元，控制單元體積小、功耗低、成本低。特別在兩個(gè)不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（如中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通）之間進(jìn)行通信時(shí)，這種情況出現(xiàn)的概率會(huì)大一些。參考文獻(xiàn)[1] 陳是知. μC/OSⅡ內(nèi)核分析、移植與驅(qū)動(dòng)