基于ARM的無線嵌入式智能家居管理系統(tǒng)

摘 要：在智能家居管理系統(tǒng)中，基于ARM的無線嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，是未來智能家居發(fā)展的大方向，極具發(fā)展?jié)摿?。基于ARM的智能家居管理系統(tǒng)不僅能對每一種家電進(jìn)行智能化管理和控制，還可以延長家電的使用壽命，使家電更加的節(jié)能和環(huán)保。隨著遠(yuǎn)程操控技術(shù)的普及，相信在未來，我們可以更輕松自如的利用人工智能來實(shí)現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：ARM；無線嵌入式；智能家居管理系統(tǒng)

中圖分類號：TN915.05

本文設(shè)計(jì)的智能家居管理系統(tǒng)控制部分采用的是三星公司的ARM9處理器，S3C2440芯片，構(gòu)建于開源操作系統(tǒng)Linux上。該系統(tǒng)的嵌入式的Web接口，使移動終端能通過Internet訪問管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在室內(nèi)，Zigbee模塊和GPRS通信模塊把傳感器上的各種信號傳遞給ARM9處理器，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控。本文就系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通信模塊設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為論述的切入點(diǎn)。

1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

智能家居管理系統(tǒng)由多種子部件組成，由其與外部的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，對內(nèi)部的家居設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理?？傮w結(jié)構(gòu)如圖所示。

2 系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的通信模塊的可分為外部通信模塊和內(nèi)部通信模塊。外部通信模塊的核心要素是GPRS模塊、互聯(lián)網(wǎng)和終端設(shè)備，終端設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)訪問主控制器的IP地址，以實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。內(nèi)部通信模塊的核心要素是家居設(shè)備的控制器和信號傳輸設(shè)備，為了達(dá)到既環(huán)保又美化的要求，選取Zigbee作為無線傳輸設(shè)備，以省去布線的麻煩。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的裁剪移植

Linux操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分兩步進(jìn)行，第一步是初始化控制系統(tǒng)，調(diào)用內(nèi)核參數(shù)，對開發(fā)板進(jìn)行U-boot移植，設(shè)置Linux系統(tǒng)的內(nèi)核啟動參數(shù)；第二部是移除Linux內(nèi)核的不必要部分。

3.2 Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)

可供選擇的Web服務(wù)器有：Goahead，mini-Httpd，Appweb，Boa，Apache，Thttpd，Shttpd等。Web服務(wù)器的核心處理器能運(yùn)行Web服務(wù)程序，支持TCP/IP協(xié)議，用戶通過APP或?yàn)g覽器就能訪問Web服務(wù)器，通過相應(yīng)的操作對家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.3 Main函數(shù)模塊的設(shè)計(jì)

Main函數(shù)模塊涉及對煙感、溫控、攝像頭、紅外傳感器等智能控制端的控制，如果室內(nèi)的煙霧、濕度超過了預(yù)先設(shè)定的值，Main函數(shù)模塊就會發(fā)出信號，并在終端設(shè)備上反映出來；如果紅外傳感器監(jiān)控到有非法分子的闖入，該函數(shù)模塊就會發(fā)出報警信號，或者根據(jù)用戶通過終端設(shè)備下發(fā)的指令進(jìn)行其他的處理。

4 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能家居管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要有：家電門禁傳感器等外圍設(shè)備、Zigbee模塊、GPRS模塊、中央處理器S3C2440，電源模塊、報警設(shè)備、LED顯示設(shè)備等

4.2 Zigbee模塊

Zigbee模塊是家庭網(wǎng)關(guān)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，常用型號是網(wǎng)峰牌CC2530，其終端處理模塊是關(guān)于濕度、溫度、煙霧、門禁感應(yīng)器及紅外線傳感器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無線傳輸和信號的無線通信，可以是通信的起點(diǎn)也可以是終點(diǎn)，并能根據(jù)內(nèi)設(shè)的應(yīng)用軟件采取應(yīng)急措施，以維護(hù)組網(wǎng)安全。

4.3 GPRS通信模塊

GPRS通信模塊能對圖像進(jìn)行采集，并把圖像轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家電與網(wǎng)絡(luò)的有效連接。設(shè)計(jì)選用GPRS通信模塊的型號是M35，尺寸23.6mm×19.9mm×2.65mm，四頻GSM/GPRS，具有尺寸小、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)、功耗低的優(yōu)勢，并支持多個IP地址和Socket。GPRS通信模塊能把處理后的信息發(fā)送給運(yùn)動終端，確保用戶能在戶外對情況進(jìn)行及時處理，實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控和管理。

5 測試演示

5.1 Web登錄測試

（1）將開發(fā)板和電腦用網(wǎng)線連接好，接好串口線。

（2）查開發(fā)板IP，在串口工具中輸入命令ipconfig，設(shè)置IP，并設(shè)置電腦IP。

（3）訪問網(wǎng)頁，打開瀏覽器，輸入網(wǎng)址，就可以進(jìn)入登錄界面。在對應(yīng)的輸入框鍵入用戶名和密碼，再點(diǎn)擊進(jìn)入系統(tǒng)，就可以正常登錄。

5.2 智能家居手機(jī)ndroid操作系統(tǒng)

（1）搜索到開發(fā)板上無線信號并連接，配置手機(jī)的IP。

（2）使用智能家居應(yīng)用軟件，打開“智能家居”應(yīng)用軟件，設(shè)置服務(wù)器IP地址。

（3）打開手機(jī)智能家居系統(tǒng)界面，進(jìn)入智能家居系統(tǒng)界面。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的ARM的無線嵌入式智能家居管理系統(tǒng)，由于采用了Zigbee無線通信模塊，比傳統(tǒng)的智能系統(tǒng)更加的節(jié)省材料，也更加簡潔、環(huán)保；由于采用了GPRS互聯(lián)網(wǎng)通信模塊，比傳統(tǒng)的智能系統(tǒng)更加貼近用戶的生活，也更加的方便、快捷、智能，具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝紫琴.智能家居家庭網(wǎng)關(guān)平臺的研究與設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

[2]閔麗娟，盧捍華，陳玲，等.智能家居的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)無線通信技術(shù)研究[J]計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011（08）：169-172.

作者簡介：揭吁菡（1979.10-），女，江西廣昌人，專職教師，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及智能自動化。

作者單位：南昌工學(xué)院民族教育學(xué)院三分院 計(jì)算機(jī)教研室，南昌 330008