基于GPRS的智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用研究

摘 要：本文提出了一種基于嵌入式ARM-LINUX系統(tǒng)的智能家居研究與開(kāi)發(fā)方案。采用GPRS技術(shù)和RS-485總線實(shí)現(xiàn)了用戶在異地對(duì)家居狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制及查詢。而指紋識(shí)別技術(shù)以及聲控技術(shù)的應(yīng)用，增加了系統(tǒng)的安全性和易用性。

關(guān)鍵詞：GPRS技術(shù)；智能家居；RS-485總線

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，家居的智能化已成為必然的趨勢(shì)。在這個(gè)大的社會(huì)環(huán)境下，“智能家居”這個(gè)代名詞開(kāi)始打入時(shí)代潮流，并成為推動(dòng)時(shí)代潮流的一股不容小覷的力量。為了滿足人們對(duì)家居的要求，1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司（United Techno1ogies Building System）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時(shí)，便出現(xiàn)了首棟的“智能型建筑”，從此也揭開(kāi)了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。本文中介紹的方案結(jié)合了GPRS技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)和聲控技術(shù)，不僅使系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，可控距離遠(yuǎn)，同時(shí)還提高了系統(tǒng)的安全性和易用性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為傳感模塊、中央處理器和用戶三部分。傳感器和中央處理器之間通過(guò)RS485總線完成數(shù)據(jù)的交換。中央處理器和用戶之間通過(guò)GPRS技術(shù)完成家居狀態(tài)信息的反饋以及命令的發(fā)送、接收。從而實(shí)現(xiàn)了用戶、中央處理器和傳感模塊之間的信息交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）系統(tǒng)可通過(guò)語(yǔ)音，遠(yuǎn)程電話接收命令，并將命令處理轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)命令的要求。

（2）系統(tǒng)可以完全監(jiān)控室內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)。包括：室內(nèi)可燃?xì)怏w、煙霧濃度監(jiān)測(cè)，溫濕度監(jiān)測(cè)，光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，室內(nèi)人物監(jiān)測(cè)，門窗開(kāi)閉監(jiān)測(cè)。

（3）系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)迅速處理。包括：①可燃?xì)怏w、煙霧濃度超標(biāo)，啟動(dòng)信息發(fā)送，向用戶發(fā)送信息并報(bào)警。②室內(nèi)溫度偏離預(yù)定值，自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)調(diào)節(jié)功能，使溫度向預(yù)定值靠近。③室內(nèi)光照強(qiáng)度發(fā)生變化，自動(dòng)控制窗簾開(kāi)閉，電燈開(kāi)閉，使室內(nèi)光照接近預(yù)值。

（4）工作于防盜模式下，監(jiān)測(cè)房屋內(nèi)是否有人，若有人，啟用攝像頭對(duì)人物拍照，向用戶發(fā)送消息，并等待用戶回應(yīng)，根據(jù)用戶的回應(yīng)，判斷是否報(bào)警。若在10分鐘之內(nèi)未接收到回應(yīng)，則報(bào)警、

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體采用以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。傳感模塊、外圍家電設(shè)備、控制模塊以及中心處理器之間通過(guò)RS485總線進(jìn)行連接。具體關(guān)系如圖3.1所示：

傳感模塊接收外部信息，經(jīng)RS-485總線傳送給中心處理器，中心處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將命令經(jīng)由RS-485總線傳輸至控制模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍家電的控制；或經(jīng)由串口將信息送至sim300（GPRS模塊），然后由sim300將信息發(fā)送至用戶手機(jī)。同時(shí)用戶可以通過(guò)手機(jī)短信的形式將命令發(fā)送，由sim300接收，再由中心處理器解析，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

GPRS技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)無(wú)線傳輸?shù)囊粋€(gè)重要技術(shù)支柱。由于其面向用戶，故本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破環(huán)，安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密等。穩(wěn)定性是指系統(tǒng)能夠24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡對(duì)應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入的系統(tǒng)范圍。

（2）對(duì)于特定用戶，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶賬號(hào)和密碼， 其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶賬號(hào)和密碼的用戶將無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

（3）數(shù)據(jù)加密：通過(guò)VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件需要根據(jù)硬件的使用情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)使用的是ARM-LINUX系統(tǒng)，且該系統(tǒng)支持眾多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)硬件功能的穩(wěn)定性以及實(shí)時(shí)性提供了重要的保障。在這里，我們選擇了TCP/IP協(xié)議。GPRS無(wú)線傳輸與RS485總線控制作為本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中兩大重要組成部分。其中RS485總線技術(shù)相對(duì)應(yīng)用廣泛，使用較為普及，在此不做重點(diǎn)論述。以下將以GPRS無(wú)線傳輸作為重點(diǎn)展開(kāi)論述。

在短信發(fā)送之前，需要考慮編碼轉(zhuǎn)換問(wèn)題。在LINUX系統(tǒng)中，中文字符采用GB-2312模式存儲(chǔ)，但在GPRS數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程當(dāng)中，數(shù)據(jù)格式為16位PDU編碼。在此，我們使用函數(shù)icnov（）實(shí)現(xiàn)了GB-2312編碼向16位PDU編碼的轉(zhuǎn)換。編碼轉(zhuǎn)換完畢之后，便可以開(kāi)始發(fā)送信息。在發(fā)送過(guò)程中，首先需要等待MC35模塊接受到AT指令后的OK響應(yīng)。然后通過(guò)AT和CSCA設(shè)置短信中心號(hào)碼及格式然后發(fā)送AT+CMCS=“電話號(hào)碼”，得到提示符。此時(shí)可以向MC35模塊發(fā)送編輯好的PDU編碼并以特定格式結(jié)束。得到響應(yīng)OK.則發(fā)送成功，否則發(fā)送失敗，重新執(zhí)行上述過(guò)程。軟件設(shè)計(jì)流程如圖 4.1所示。

5 結(jié)論

智能家居能夠使我們的生活更舒適、更方便、更快捷，從根本上改變了傳統(tǒng)的生活方式。它的出現(xiàn)可以說(shuō)是新世紀(jì)人們生活的一次“大革命”。它能夠?qū)ξ覀兙蛹业碾娖鬟M(jìn)行高效率的精準(zhǔn)的智能化控制，例如：它能根據(jù)室內(nèi)的光線強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整燈的亮度，能根據(jù)主人的語(yǔ)音指令自動(dòng)開(kāi)啟熱水器，電視機(jī)和窗簾機(jī)等家用電器，真正做到貼心、放心和舒心。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基于GPRS遠(yuǎn)程控制智能家居系統(tǒng)的研究實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和GPRS技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究。該方案主要采用了GPRS技術(shù)和RS-485總線實(shí)現(xiàn)了各功能模塊之間的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換，以及用戶與系統(tǒng)之間穩(wěn)定、安全的通信。系統(tǒng)采用了ARM-LINUX嵌入式平臺(tái)完成了智能家居系統(tǒng)的搭建，并通過(guò)該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的智能管理和控制。

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