基于嵌入式的智能家居系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文主要對(duì)現(xiàn)階段的智能家居系統(tǒng)的發(fā)展方向以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中牽涉到的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行討論。最終根據(jù)其當(dāng)前智能家居系統(tǒng)的發(fā)展需求，提出了一種新型的智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要在嵌入式的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)完成，在論文中詳細(xì)的論述了其整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的思路；同時(shí)對(duì)具體的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行介紹。系統(tǒng)主要完成了家居終端的基于嵌入式的家庭網(wǎng)關(guān)，并依靠這些網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)建智能家居系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：智能家居；系統(tǒng)；現(xiàn)代化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU855

智能家居的定義為家庭住宅作為一個(gè)單獨(dú)的平臺(tái)，依托網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等一系列現(xiàn)代化技術(shù)，建設(shè)完成一種能夠遠(yuǎn)程管理家庭事務(wù)的一種管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了家居的安全性、舒適性以及藝術(shù)性等特征。為人民提供了更加環(huán)保舒適的家居環(huán)境。通俗的說(shuō)也可以稱之為智能住宅，它的產(chǎn)生主要原因在于人們對(duì)居住環(huán)境有了更高的要求，同時(shí)也是當(dāng)前信息化時(shí)代的必然趨勢(shì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的控制主要采用嵌入式進(jìn)行完成，所謂的嵌入式系統(tǒng)主要是指把相關(guān)應(yīng)用軟件以及操作系統(tǒng)同計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備聯(lián)系起來(lái)的系統(tǒng)。近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)不斷發(fā)展，再不久的將來(lái)必會(huì)成為計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后另外一個(gè)十分偉大的發(fā)明。根據(jù)當(dāng)前情況下的我國(guó)具體國(guó)情，本論文提出了一種新型的基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統(tǒng)，并詳細(xì)的介紹了其總體結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)步驟，并分析了該系統(tǒng)的具體特點(diǎn)。

1 功能需求

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)的國(guó)情，在進(jìn)行該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵守以下原則設(shè)計(jì)：使系統(tǒng)具有較高可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)要是系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能具有高效率的特點(diǎn)、使系統(tǒng)的低成本更低，操作更加方便簡(jiǎn)單。更加以上設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能一般包含有：第一，住宅內(nèi)部的視頻監(jiān)控，用戶能夠自己定義住宅內(nèi)部的監(jiān)控設(shè)備，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，遠(yuǎn)程打開(kāi)監(jiān)控設(shè)備，關(guān)閉監(jiān)控設(shè)備，選擇查看某個(gè)監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控信息等；第二，社區(qū)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)社區(qū)的管理，包含有社區(qū)內(nèi)部居民管理、居民住宅管理、水電費(fèi)以及物業(yè)費(fèi)的收費(fèi)管理以及安全防護(hù)管理等；第三，社區(qū)信息，實(shí)現(xiàn)向社區(qū)發(fā)布信息的功能，例如社區(qū)新聞、公告或者通知等；第四，社區(qū)服務(wù)，主要實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)上向社區(qū)提供服務(wù)的申請(qǐng)的功能，比如說(shuō)家政服務(wù)、住宅托管服務(wù)等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)整體框架

智能家居系統(tǒng)中一個(gè)主要的組成部分就是智能家居系統(tǒng)的安全防護(hù)功能，而利用視頻監(jiān)控的來(lái)進(jìn)行安全防護(hù)是一個(gè)較為有效的方法。該系統(tǒng)的視頻監(jiān)控利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信和其他智能家居相關(guān)的子系統(tǒng)相互聯(lián)系進(jìn)行管理，來(lái)提高智能家居中的安全系數(shù)。從智能家居系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)方面來(lái)講，該部分設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括視頻監(jiān)控服務(wù)、客戶端和服務(wù)器端等部分，首先客戶端向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收到指令以后進(jìn)行接受請(qǐng)求，隨后實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的作用。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本部分主要利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能家居的視頻監(jiān)控功能，在本論文所講的系統(tǒng)中，所使用的主要硬件系統(tǒng)包含有嵌入式系統(tǒng)GX-ARM9-2410EP以及監(jiān)控設(shè)備驅(qū)動(dòng)；使用的軟件系統(tǒng)操作包含了對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行的整合與移動(dòng)。如果要最終完成視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)，同時(shí)還要把ARM核處理器嵌入到Linux的內(nèi)核中以及該系統(tǒng)的用戶中，用戶可以通過(guò)瀏覽器獲取相關(guān)服務(wù)的信息和監(jiān)控，主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如下圖所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)部分主要需要用到的硬件包含有存儲(chǔ)器與傳感器等部分，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用的處理器為S3C241是由三星公司生產(chǎn)的處理器。該硬件的選擇是根據(jù)系統(tǒng)的需求，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠地工作，同時(shí)其可以外接ROM，SRAM存儲(chǔ)器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用連接DM9000芯片可以轉(zhuǎn)成一個(gè)以太網(wǎng)接口，而且這一芯片就有功耗低、成本低的特點(diǎn)。視頻監(jiān)控采用的攝像頭是采用的V2000攝像頭，利用USB與處理器相連接，具有安裝簡(jiǎn)單、使用方便、清晰度高的特點(diǎn)。

（2）軟件設(shè)計(jì)。在我們打開(kāi)Linux的宿主機(jī)的應(yīng)用程序時(shí)候，需要通過(guò)匯編或者鏈接等工具形成一種只可以在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上面使用的二進(jìn)制代碼，同時(shí)對(duì)該二進(jìn)制代碼下單，使它可以在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上正常使用，從而完成最初的目的。通過(guò)Windows系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的完整安裝，并安裝完成后的虛擬機(jī)上接入RedHat 9.0最終完成環(huán)境的構(gòu)建。

2.3 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)實(shí)際上是完成了嵌入式服務(wù)器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，客戶端能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及手機(jī)等實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的整個(gè)過(guò)程。而如果要實(shí)現(xiàn)利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，第一步要采用B/S開(kāi)發(fā)模式的架構(gòu)，即是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)支持CGI功能的服務(wù)器，同時(shí)利用這該服務(wù)器還可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)畫面的采集與傳輸，所以要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，要做的就是要在客戶端設(shè)置WEB瀏覽器，便能夠完成對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理。

實(shí)際上，Web服務(wù)器設(shè)置在客戶端用于對(duì)服務(wù)器的內(nèi)容進(jìn)行讀取?？蛻舳伺c服務(wù)器端的關(guān)系實(shí)際上是一種信息的相互傳遞的關(guān)系本身是一種信息的傳遞的關(guān)系，兩者之間的請(qǐng)求或者應(yīng)答方法都會(huì)在HTTP協(xié)議中有相對(duì)應(yīng)的定義。所以，在瀏覽器和服務(wù)器正常連接，在請(qǐng)求傳輸信息之時(shí)，服務(wù)端能夠及時(shí)的將所請(qǐng)求相關(guān)信息發(fā)送到客戶端。其傳遞過(guò)程如下圖所示：

圖2 服務(wù)器工作原理

3 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，以嵌入式技術(shù)為核心智能家居系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息等網(wǎng)絡(luò)化中的各項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)把嵌入式為核心的智能家居安保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?yàn)樾聲r(shí)代的居民提供一種簡(jiǎn)單方便的平臺(tái)，他們需要做的只是拿出手機(jī)或者其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，便能夠查看自己住宅內(nèi)部的安全情況。

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作者簡(jiǎn)介：羅福如（1994.04-），男，廣東人，本科在讀，研究方向：軟件工程嵌入式。

作者單位：廣東科技學(xué)院，廣東東莞 523083