【正文】 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，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，兼?zhèn)浣ㄖ?、自動化，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)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對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)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個人開始了對智能家居進(jìn)行研究 。 它能夠自動控制和管理家電設(shè)備，對家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報警，并且能夠?yàn)樽籼峁┌踩孢m、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢智能家居的發(fā)展分為三個階段[2]：首先是家庭電子化（Home Electronics）階段，這個時期主要是面向單個的電器，家庭電器之間并沒有形成網(wǎng)絡(luò)，亦沒有大的聯(lián)系。最后是家居智能化（歐洲稱為Smart Home，美國稱為Wise House）階段，這個時期是面向系統(tǒng)設(shè)計的階段，系統(tǒng)通過家庭分布總線把住宅內(nèi)各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器、報警裝置并到網(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)以及娛樂的各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，營造一種溫馨舒適的家庭氛圍。 國外的發(fā)展現(xiàn)狀1984年，世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州落成，這棟意義非凡的建筑只是對一座舊式大樓的一定程度的改造而完成的。2000年，新加坡有近30個社區(qū)的約5000戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國的安裝住戶高達(dá)4萬戶?，F(xiàn)在，國外的智能家居系統(tǒng)技術(shù)己日趨成熟，預(yù)計今年，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，美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先地位。例如:微軟公司開發(fā)的“夢幻之家”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”、IBM公司開發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)。目前市場上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有：（1）X10系統(tǒng)（美國），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺，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電力線將發(fā)射器發(fā)出的X10信號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，這也是這套系統(tǒng)的最大的一個優(yōu)勢，因?yàn)槠渌到y(tǒng)基本上都需要布低壓線，在墻上或地面開槽、鉆孔，施工難度大、費(fèi)用高、工期長。（2）EIB系統(tǒng)（德國），該系統(tǒng)采用預(yù)埋總線及中央控制方式實(shí)現(xiàn)控制功能。（3）8X系統(tǒng)（新加坡），該系統(tǒng)采用預(yù)處理總線跟集中控制方式來實(shí)現(xiàn)功能。但是由于系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性及產(chǎn)品價格等方面還難以達(dá)到要求，所以目前在國內(nèi)還較少應(yīng)用。眾所周知，我國的智能化住宅建設(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)施全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，標(biāo)志著我國住宅小區(qū)智能化進(jìn)入了一個新階段。據(jù)建設(shè)部要求，截止今年，我國將有70%以上的家庭擁有Internet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，主要采用國外的一些技術(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，海爾移動電話作為移動數(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)是專門針對中國家庭設(shè)計的，遵循國際技術(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，并且市場上也開始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品，但從總體的發(fā)展來看，不容樂觀，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發(fā)和建設(shè)是未來國家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢[4]。而且在現(xiàn)在這個注重綠色環(huán)保的世界里，智能地為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。 本課題研究的基本內(nèi)容本次設(shè)計是基于ARM9的S3C2440核心處理器，以Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，使用Linux Qt完成控制程序及人機(jī)界面的編寫，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)時監(jiān)控家居溫度、空氣質(zhì)量，以及家居重要財產(chǎn)防盜的功能。最后簡單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容和設(shè)計思路。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)的開發(fā)的難度降低，出現(xiàn)了大量專注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。設(shè)計本智能家居系統(tǒng)，需要滿足以下需求。（2）在家居的門口安裝了4*4鍵盤，當(dāng)用戶輸入正確的密碼可以把門打開，用戶通過其他非法手段比如撬開鎖時，系統(tǒng)及時啟動報警模塊，達(dá)到防盜的功能。（4）當(dāng)有小孩靠近窗戶時，系統(tǒng)自動把窗戶關(guān)上，避免小孩可能發(fā)生墜樓的危險，當(dāng)小孩離開時，系統(tǒng)自動把窗戶打開。 用戶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)必須要求用戶界面友好，用戶體驗(yàn)效果良好，并且使用戶可以很容易掌握操作流程，同時要求實(shí)用、舒適和有個性等。對智能家居產(chǎn)品來說，最重要的是應(yīng)立足于客戶的對家居環(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，還要求產(chǎn)品外觀小、功耗低、成本低和擴(kuò)展性號的特點(diǎn)。 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計本課題旨在設(shè)計一套智能家居系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對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 (包括臺燈、風(fēng)扇) 部分，具有語音提示功能的密碼鎖防盜部分，窗戶自動關(guān)窗預(yù)防小孩墜樓部分，煙霧濃度監(jiān)測自動報警部分。該智能家居系統(tǒng)用S3C2440處理器，控制器控制遠(yuǎn)程監(jiān)控家電模塊，檢測溫度、煙霧模塊，密碼鎖模塊等。 系統(tǒng)主要硬件介紹 ARM處理器嵌入式系統(tǒng)常用的處理器有單片機(jī)和ARM，由于考慮到單片機(jī)引腳少、功能簡單以及后續(xù)學(xué)習(xí)研究等原因，故選擇功能更強(qiáng)大的ARM處理器[6]。Mini2440ARM是一款真正低價實(shí)用的ARM9開發(fā)板，它采用Samsung S3C2440為微處理器，并采用專業(yè)穩(wěn)定的CPU內(nèi)核電源芯片和復(fù)位芯片來保證系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)初期采用友善之臂公司集成的mini2440開發(fā)板，開發(fā)板硬件資源如下所示。 Samsung S3C2440A處理器：n 主頻400MHz，最高533Mhz。 SDRAM內(nèi)存：n 在板64M SDRAM，32bit數(shù)據(jù)總線，SDRAM 時鐘頻率高達(dá)100MHz。 FLASH 存儲：n 256M Nand Flash, 掉電非易失。216。n 屏幕分辨率可以達(dá)到1024x768象素，支持黑白、4級灰度、16級灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏；，屏幕分辨率可以達(dá)到1024x768象素。216。n 3個串行口。n 1個USB Slave B型接口。n 1路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風(fēng)接口。n 4 USER Leds 。n 1個PWM控制蜂鳴器。n 1個I2C總線AT24C08芯片，用于I2C總線測試。n 板載實(shí)時時鐘電池。n 系統(tǒng)時鐘源：n 12M無源晶振。 實(shí)時時鐘：n 內(nèi)部實(shí)時時鐘（帶后備鋰電池） 。 擴(kuò)展接口：n 1個34 pin 。216。216。n (R3)。在GSM網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，它易于集成，可以在較短的時間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用TC35對家電進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，TC35的主要特征如下：216。216。216。216。216。216。216。 216。216。216。要實(shí)現(xiàn)發(fā)短信或語音功能主要是通過開發(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反饋回來的信息來進(jìn)行的。DS18B20以超小的體積、超低的硬件開銷，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 全數(shù)字轉(zhuǎn)換及輸出。 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。 不需要外圍任何元件。 測溫范圍55℃~+125℃，℃。 工作電壓：3~5V/DC。 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,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單，只需要將DS18B20的信號線與控制線的一位雙向端口連接即可。 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。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 工作溫度：10℃～+50℃216。 工作濕度：10～90%216。 信號輸出：常開/常閉216。 外殼：阻燃樹脂216。 (式)光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。 光電傳感器引腳圖光電傳感器簡單易用，當(dāng)檢測到有障礙物時會一直輸出低電平信號。 ISD1760語音芯片語音報警部分采用isd1760語音芯片來完成。芯片內(nèi)有存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。本設(shè)計采用獨(dú)立按鍵模式，連接好電路后給芯片的23腳一個電平信號即可播放提前錄好的聲音。繼電器是一種控制器件。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動開關(guān)”。當(dāng)收到特定的短信要把家電打開時，MCU通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當(dāng)需要關(guān)閉家電時，也是通過繼電器關(guān)閉家電。因此，就要設(shè)計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。此處，繼電器驅(qū)動含有兩層意思：一是通過GPIO口對繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動，因?yàn)槔^電器對于ARM來說是一個功率器件；另一個就是繼電器去驅(qū)動其它負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器，也可以直接驅(qū)動接觸器，因此繼電器驅(qū)動就是ARM與其塔大功率負(fù)載的接口。三極管具有良好的信號放大功能，信號經(jīng)過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對繼電器的控制，最終實(shí)現(xiàn)對交流電路的控制. 軟件系統(tǒng)介紹 幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較目前市場上流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較多,下面對其進(jìn)行性能比較:216。嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指對標(biāo)準(zhǔn)Limix進(jìn)行小型化裁剪處理后，可固化在存儲器或單片機(jī)中，適合于特定嵌入式應(yīng)用場合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的主要特征如下：（1）高性能、可裁剪的內(nèi)核:其獨(dú)特的模塊機(jī)制使用戶可以根據(jù)自己的需要，實(shí)時地將某些模塊插入到內(nèi)核或從內(nèi)核中移走，很適合與嵌入式系統(tǒng)的小型化需要。（4）完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機(jī)制：Linux 支持所有標(biāo)準(zhǔn)的Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且很容易移植到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。（6）軟件資源豐富：幾乎每一種通用程序在Linux上都能找到，從而減輕了開發(fā)的工作量。216。μC/OSII是一種免費(fèi)、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實(shí)時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要的話可以自行加入。216。VxWorks支持各種主流的32位處理器，如X8Motorola MC68xxx、Clodfile、PowerPC、MIPS,ARM等。VxWorks采用GNU類型的編譯和調(diào)試器，它的大多數(shù)API函數(shù)都是專有的。216。它是由PDA操作系統(tǒng)開發(fā)的先驅(qū)者Palm Computing公司開發(fā)的。它的一個最大的特點(diǎn)就是省電以及系統(tǒng)資源開銷較少，速度也很快，但不支持多線程，長遠(yuǎn)發(fā)展受到影響。216。Windows CE為工作、家庭及其間的任何一部分開啟了動態(tài)的、嶄新的開發(fā)遠(yuǎn)景。目前，網(wǎng)絡(luò)上研究WinCE的開發(fā)團(tuán)隊越來越多，其資源也逐漸豐富起來，可以說是新的趨勢。一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，可以遵循以下原則[9]。制定產(chǎn)品時間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系，實(shí)際產(chǎn)品和一般演示是不同的，上市時間和功能完善同樣重要。（2）可移植性。當(dāng)進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)時，可移植性是要重點(diǎn)考慮的問題。軟件的通用性和軟件的性能通常是矛盾的，即通常以損失某些特定情況下的優(yōu)化性能為代價。（3）可利用資源。集中精力研發(fā)出產(chǎn)品的特色，其他功能盡量由操作系統(tǒng)附加或采用第三方產(chǎn)品，因此操作系統(tǒng)的可利用資源對于選型是一個重要的參考條件，Linux和WinCE都有大量的資源可以利用，這是他們被看好的重要原因。近來的市場需求顯示，越來越多的嵌入式系統(tǒng)，均要求提供全功能的Web瀏覽器。（4）系統(tǒng)定制能力。要分析產(chǎn)品是否對系統(tǒng)底層有改動的需求，這種改動是否伴隨著產(chǎn)品特色。（5）成本。操作系統(tǒng)的選擇會對成本有著重要的影響。成本是需要綜合權(quán)衡以后進(jìn)行考慮的，選擇某一系統(tǒng)可能會對其它一系列的因素產(chǎn)生影響，如對硬件設(shè)備的選型、人員投入、以及管理和與其它合作伙伴的共同開發(fā)之間的溝通等許多方面的影響。國內(nèi)產(chǎn)品必然需要對中文的支持。智能家居系統(tǒng)并不需要很嚴(yán)格的實(shí)時性，而且在本系統(tǒng)的設(shè)計中，關(guān)鍵任務(wù)將可以由可編程器件實(shí)現(xiàn)，僅向系統(tǒng)提供一個狀態(tài)信息。嵌入式操作系統(tǒng)選擇了嵌入式Linux[10]。在版本方面， linux，該內(nèi)核在原有內(nèi)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定程度的裁減，同時也是專門支持ARM系統(tǒng)芯片的Linux版本，這也為后期的進(jìn)