【正文】 廉，功能更加完美，其市場需求將會非常巨大。不僅要求辦公自動化、智能化，也需要家居生活逐漸地變得自動和智能起來。智能家居系統(tǒng)是利用計算機(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 通過對智能家居系統(tǒng)的分析，確定了總體架構(gòu)設(shè)計。 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 ，方便用戶隨時在最短的時間內(nèi)了解并掌握房屋情況。它既能給我們營造了溫馨舒適、安全便捷的生活環(huán)境，還能夠?qū)译娫O(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控以及管理，當(dāng)家庭安全問題出現(xiàn)后還能及時 給我們相應(yīng)的警報。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，且安 全高效的高 質(zhì)量生活環(huán)境，還將一個看似靜止的生活空間變成了一個有一定高智能 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，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⒆詣踊?，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，并且能夠為住戶提供安全舒適、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2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 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。 2020 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 現(xiàn)。因為實現(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，因為其它系統(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 Inter 入網(wǎng)設(shè)備，大中城市中 50%的住宅要實現(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)。 2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、實時監(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，以實用為核心，摒棄掉那些華而不實的功能。智能家居系統(tǒng)大部分時間都在運行，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。 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2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 報警部分。本智能家居系統(tǒng)整 體架構(gòu)框圖如圖 。在實際開發(fā)中先在 ARM Linux中編寫每個模塊的驅(qū)動程序，編譯加載驅(qū)動后應(yīng)用層方能操作硬件模塊 ，手機(jī)通過收發(fā)短信的方式通過應(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 ARMARM11 等在內(nèi)的多個發(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 開發(fā)板硬件資源 開發(fā)板的硬件資源包括： ? Samsung S3C2440A 處理器： ? 主頻 400MHz，最高 533Mhz。 ? FLASH 存儲： ? 256M Nand Flash, 掉電非易失。 2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ? LCD顯示： ? 板上集成 4 線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏， 支持黑 白、 4 級灰度、 16 級灰度、 256 色、 4096 色STN液晶屏，尺寸從 寸。 ? 標(biāo)準(zhǔn)配置為統(tǒng)寶 真彩 LCD，分別率 240x320，帶觸摸屏。 ? 3 個串行口。 ? 1 個 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 PWM控制蜂鳴器。 ? 1 個 I2C總線 AT24C08 芯片，用于 I2C 總線測試。 ? 板載實時時鐘電池。 ? 系統(tǒng)時鐘源： ? 12M無源晶振。 ? 擴(kuò)展接口： ? 1 個 34 pin 接口。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 12 ? 規(guī)格尺寸： ? 100 x 100(mm) 。 ? (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： ? 信息傳送內(nèi)容：語音和數(shù)據(jù)。 ? 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 。 ? 天線：由天線連接器連接外部天線 。 ? 音頻接口：模擬信號（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。 2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 TC35模塊和 max232串口轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行開發(fā)。 DS18B20的主要特征 和引腳封裝原理圖 如下： ? 全數(shù)字轉(zhuǎn)換及輸出。 ? 測量結(jié)果以 9~12位數(shù)字量方式串行傳送。 ? 測溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測溫分辨率為 ℃。 ? 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。 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。 ? ?RLsL RLVc VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光 電檢測系統(tǒng)中實現(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。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 16 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡單易用，正確接好線之后輸入 高電平，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，這樣在獨立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。本設(shè)計采用獨立按鍵模式，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，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“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，因為繼電器對于 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，可以實現(xiàn)對繼電器的控制，最終實現(xiàn)對交流電路的控制 . 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 18 軟件系統(tǒng)介紹 幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較 目