基于嵌入式arm9的智能家居遠程控制系統(tǒng)

摘 要：隨著時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進步，智能家居這一概念逐漸興起。本文提出基于arm9內(nèi)核的三星S3C2440處理器，結(jié)合以Linux系統(tǒng)，Internet技術(shù)，在智能家居控制系統(tǒng)器上實現(xiàn)了嵌入式Web服務(wù)器、CGI腳本服務(wù)體系及后臺控制系統(tǒng)，讓用戶能夠在任何可以接入以太網(wǎng)的地方使用用戶名和密碼登錄系統(tǒng)操作系統(tǒng)，實現(xiàn)智能家居的相應(yīng)功能的智能家居遠程控制服務(wù)器。

關(guān)鍵詞：智能家居；Linux系統(tǒng)；arm9；以太網(wǎng)

中圖分類號：TP273.5

隨著計算機與嵌入式技術(shù)的生活化，各種智能化、信息化的消費電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。這些家用電器在方便人們的生活，提高人們的生活質(zhì)量的同時，也提出了一個問題，如何對家庭中越來越多的信息家電進行有效的控制。智能家居是由歐美等發(fā)達國家提出的一種概念，旨在將家庭中離散的信息設(shè)備連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中的或異地的監(jiān)視控制和家庭事務(wù)的管理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對生活要求的不斷提高，實現(xiàn)家庭智能遠程控制成為一種趨勢，追求精神內(nèi)涵、安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標(biāo)。為此，本文提出了一種基于arm9處理器S3C2440的智能家居遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)通過多個不同的模塊，包括處理器模塊、顯示模塊、存儲模塊、家電控制模塊、安防控制模塊、攝像頭模塊、GPRS模塊、藍牙模塊以及以太網(wǎng)接口等[1]。通過這些模塊，系統(tǒng)實現(xiàn)了以下與智能家居相關(guān)的功能：

（1）家居監(jiān)控。系統(tǒng)可使用戶實時查看家中的溫濕度、PM2.5等環(huán)境指數(shù)。當(dāng)這些環(huán)境指數(shù)超出設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)通過GPRS模塊，向用戶手機發(fā)出短信報警。

（2）遠程控制。系統(tǒng)通過家電控制模塊，可以讓用戶對家中的一些家具電器進行控制。

（3）安防功能?？稍诰W(wǎng)絡(luò)頁面上開啟視頻監(jiān)控功能，進行實時視頻監(jiān)控，并實現(xiàn)視頻存儲及移動監(jiān)測報警，達到安防作用。

（4）門禁功能?？梢詥⒂肦FID門禁功能作為輔助工具，實現(xiàn)家居的門禁效果。

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

由于篇幅有限，接下來介紹主要功能模塊。

1.1 主處理器模塊

該模塊是整個系統(tǒng)的核心，完成所以接口的調(diào)度和事件的處理。主模塊選用三星公司開發(fā)的一款基于arm920t內(nèi)核和0.18umCMOS工藝的16/32位RISC微處理器，主頻可達500多MHz。具有成本低，功耗低，性能高，接口眾多，且其穩(wěn)定性于可靠性經(jīng)多年市場的實踐，方案成熟，技術(shù)支持好。眾多的接口令其能輕松完美地驅(qū)動系統(tǒng)的各項外設(shè)，較高的主頻及優(yōu)秀的CPU及豐富的RAM能令其完美的運行l(wèi)inux系統(tǒng)，完成整體系統(tǒng)的要求。

1.2 通信模

本系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口，GPRS模塊，Zigbee模塊，藍牙模塊等方式與外界通信。

以太網(wǎng)接口選用DM9000A芯片，與主處理器以16位總線接口相連，可根據(jù)需要以單工或全雙工模式運行。通過其內(nèi)部操作時序，可實現(xiàn)系統(tǒng)與以太網(wǎng)的相接。[2-3]

GPRS模塊、zigbee模塊和藍牙模塊則采用市場上較為成熟的sim900a，cc2530，cc2540等解決方案。這些方案久經(jīng)市場考驗，極為成熟。

1.3 家居外設(shè)

本系統(tǒng)采用多項智能家居的外設(shè)，如家居控制，環(huán)境監(jiān)控，視頻監(jiān)控等模塊。外設(shè)與處理器通過can總線，spi總線，USB接口等方式通信[4]。

家居控制模塊包括電燈，窗簾，空調(diào)等的控制。電燈由繼電器控制，服務(wù)器記錄狀態(tài)；為了最小程度改變空調(diào)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)通過架設(shè)紅外發(fā)射管模擬遙控器。窗簾通過步進電機所轉(zhuǎn)過的角度來控制開閉程度。

環(huán)境監(jiān)控模塊則由一系列的傳感器構(gòu)成，如PM2.5傳感器，溫濕度傳感器等。數(shù)據(jù)一方面上傳服務(wù)器，可供用戶登錄查看。另一方面通過閾值監(jiān)控報警功能，實現(xiàn)安防作用。

視頻監(jiān)控模塊采用專用的帶USB接口的集成攝像頭模塊。主機接上大容量的sd卡，能夠在用戶需要時儲存特定時間段的視頻，便于日后查看。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)由引導(dǎo)裝載程序（U-Boot），設(shè)備驅(qū)動，嵌入式linux內(nèi)核以及應(yīng)用程序組成。這也符合一般嵌入式系統(tǒng)的軟件構(gòu)成[5-6]。

其中，操作系統(tǒng)使用Linux2.6系統(tǒng)內(nèi)核，應(yīng)用程序主要包括二個部分：一是是智能家居系統(tǒng)的主應(yīng)用程序；二是以太網(wǎng)與圖形應(yīng)用界面。

第一部分的主要功能的實現(xiàn)，主要是應(yīng)用程序的編寫，程序流程圖如圖2所示。

第二部分是圖形界面的相關(guān)設(shè)計。本系統(tǒng)采用qt3軟件進行具體界面的設(shè)計與移植。

本設(shè)計中，先設(shè)置好主窗口，在主窗口上添加與控制主題相關(guān)的按鈕圖片。在用戶按下按鈕時，顯示相應(yīng)界面。在各個外設(shè)的界面上，同樣用按鈕表示相應(yīng)的操作。這些功能通過qt3的添加控件可以實現(xiàn)。

3 整機效果

在實驗室智能家居實驗房間內(nèi)裝備相應(yīng)的系統(tǒng)，通過手機登陸網(wǎng)絡(luò)，連接服務(wù)器ip地址后，通過用戶名與密碼登陸系統(tǒng)，能夠完成相應(yīng)的操作，并在環(huán)境參數(shù)超過閾值的時候發(fā)送手機短信報警。

4 結(jié)束語

通過實驗室中的模擬家居環(huán)境測試，各項家居外設(shè)控制正常，各項監(jiān)控安防裝置能夠正常工作，用戶能夠通過以太網(wǎng)對系統(tǒng)進行智能操控，達到了初期的設(shè)計目標(biāo)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計合理，可靠性強，成本低，可操作性好，適合大面積推廣。

參考文獻：

[1]戴剛，高洋，陳煌華.基于ARM的智能家居遠程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計[J].世界電子元器件，2007（08）.

[2]嚴厲平.嵌入式智能家庭網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計[J].微計算機信息，2005（02）：14-16.

[3]劉霞輝，段承先.基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)家電控制器[J].機械工程與自動化，2009（02）：170-172.

[4]徐鋒，劉欣，方加寶.智能家居遠程控制系統(tǒng)設(shè)計[J].低壓電器，2009（04）：21-24.

[5]孫弋.基于S3C2440的嵌入式Linux開發(fā)實例[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[6]（英）馬修.Linux程序設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡介：林昊然（1994.07-），男，本科在讀，研究方向：電子電路。

作者單位：中國計量學(xué)院，杭州 310018

基金項目：2014年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目《基于嵌入式arm9的智能家居遠程控制系統(tǒng)》。