嵌入式智能家居的控制系統(tǒng)分析

近年來，人們的生活水平明顯提高，越來越多的人們關(guān)注家居生活。嵌入式智能家居控制系統(tǒng)通過構(gòu)建家庭信息網(wǎng)絡(luò)，在家居環(huán)境中將不同家電產(chǎn)品結(jié)合成為一個(gè)整體，由控制系統(tǒng)對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行異地或者集中的智能化管理和控制，為人們提供各類家居信息，推動(dòng)智能家居的快速發(fā)展。

1 嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

嵌入式智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要充分考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要分為兩部分:控制板和核心板，控制板上主要包含一些外圍接口，核心板用來構(gòu)建嵌入式家居的最小系統(tǒng)。

嵌入式智能家居核心板主要由外圍存儲(chǔ)芯片、微處理器等組成，智能家居控制系統(tǒng)可以采用S3C2440微處理器，S3C2440微處理器被廣泛的應(yīng)用于多媒體、手持運(yùn)算、便捷式通信產(chǎn)品等嵌入式領(lǐng)域，使Windows CE輕松運(yùn)行，并且極大地提高嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的GPRS模塊可以采用MC35TS芯片，將控制系統(tǒng)處理器和串口信號(hào)線RXD2、TXD2相連接[1]。同時(shí)，嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的LCD可以由CPU進(jìn)行控制，但是需要在控制系統(tǒng)中設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路，觸摸屏使用4線電阻式，使它和控制系統(tǒng)CPU的XMON、nXPON、YMON、nYPON相連。嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的輸入控制信號(hào)要和CPU的GPIO端口相連接，當(dāng)嵌入式智能家居控制系統(tǒng)在控制某個(gè)家電時(shí)，只需要將控制系統(tǒng)的指定端口寫入1或者0，再通過無線或者有線的方式，由智能家居控制系統(tǒng)的接口來控制家居的其他家電。

2 嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

嵌入式智能家居控制系統(tǒng)要充分考慮到系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能和實(shí)時(shí)性的要求，選擇Linux和Windows CE操作系統(tǒng)，綜合Windows CE操作系統(tǒng)的用戶界面和系統(tǒng)開發(fā)難度等情況，重點(diǎn)開發(fā)智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用層，優(yōu)化Windows CE操作系統(tǒng)的運(yùn)行。另外，在開發(fā)Windows CE.net產(chǎn)品時(shí)，要重點(diǎn)考慮三方面，其一是開發(fā)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序，其二是開擦驅(qū)動(dòng)程序，其三是定制操作系統(tǒng)內(nèi)核。在操作系統(tǒng)開發(fā)過程中，可以采用Embedded Visual C++應(yīng)用開發(fā)程序和Platform Builder內(nèi)核定制工具[2]。

2.1 定制操作系統(tǒng)平臺(tái)

在構(gòu)建嵌入式智能家居控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)時(shí)，要根據(jù)嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用，定制合適的操作系統(tǒng)平臺(tái)。通常情況下，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)資源非常受限的系統(tǒng)，并且在嵌入式智能家居控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)上難以直接編寫軟件，當(dāng)前主要采用目標(biāo)機(jī)/宿主機(jī)模式，首先，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上編寫代碼，其次，利用交叉編譯在操作系統(tǒng)平臺(tái)上生成可以運(yùn)行二進(jìn)制文件，最后，將二進(jìn)制文件下載到操作系統(tǒng)目標(biāo)平臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)行。在開發(fā)嵌入式智能家居控制系統(tǒng)之前，要配置和建立好交叉開發(fā)環(huán)境。

Windows CE操作系統(tǒng)平臺(tái)的定制過程如下:首先，選擇Windows CE操作系統(tǒng)基本配置，為操作系統(tǒng)特定平臺(tái)選擇板級(jí)支持包BSP和微處理器。其次，根據(jù)Windows CE操作系統(tǒng)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)向?qū)?，?gòu)建一個(gè)特定的平臺(tái)，根據(jù)相關(guān)硬件設(shè)備適當(dāng)添加和裁減組件，設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序，開發(fā)Boot Loader，如果需要修改Windows CE操作系統(tǒng)的配置文件，封裝操作系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊，在特定平臺(tái)上編譯生成OS鏡像文件。再次，通過串口、USB或者以太網(wǎng)將鏡像文件下載到智能家居的目標(biāo)設(shè)備上，利用Platform Builder提供的調(diào)試工具，根據(jù)Windows CE操作系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)試、下載、封裝和重新配置，直到操作系統(tǒng)達(dá)到運(yùn)行要求，創(chuàng)建系統(tǒng)平臺(tái)。最后，導(dǎo)出SDK軟件的開發(fā)工具包，在Windows CE操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行并且安裝，在該特定硬件平臺(tái)上開發(fā)Windows CE操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序。SDK包含庫函數(shù)使用文檔、示例程序源代碼、頭文件程序庫、設(shè)備驅(qū)動(dòng)工具包、API以及編程指導(dǎo)[3]。

2.2 開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序

嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的中斷驅(qū)動(dòng)程序和GPIO驅(qū)動(dòng)，主要有兩種模型:分層驅(qū)動(dòng)程序和單片驅(qū)動(dòng)程序，而最常用的是分層驅(qū)動(dòng)程序。分層驅(qū)動(dòng)程序由提前設(shè)置好的下層和上層程序組成，下層主要是Windows CE操作系統(tǒng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序，上層是模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口是一套由GWES、MDD模型驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用的函數(shù)。模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要執(zhí)行以下任務(wù):其一，定義調(diào)用的系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口函數(shù)，鏈接PDD層;其二，向Windows CE操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù)集;其三，負(fù)責(zé)和控制系統(tǒng)內(nèi)核和GWES模塊通信，如中斷操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口是一個(gè)由GWES模塊和模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用的函數(shù)，模型驅(qū)動(dòng)程序接口主要由即模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和PDD層提供和調(diào)用。在編寫分層驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，在MDD層和PDD層上編寫DDI、DDIS函數(shù)，DDI函數(shù)主要是在嵌入式控制系統(tǒng)平臺(tái)上，和DDIS函數(shù)之間完成函數(shù)傳遞;DDIS函數(shù)用來調(diào)用控制系統(tǒng)寄存器和處理器中的參數(shù)值。

2.3 開發(fā)應(yīng)用軟件

Windows CE是一個(gè)依托嵌入式應(yīng)用程序的Windows操作系統(tǒng)，Windows CE操作系統(tǒng)和傳統(tǒng)的Windows操作系統(tǒng)包含一致的API。除了Windows的基本功能，在Windows CE操作系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用軟件具有更多的優(yōu)勢(shì)。在開發(fā)Windows CE應(yīng)用程序時(shí)，要注意以下兩個(gè)方面:一方面，開發(fā)Windows CE應(yīng)用程序，必須調(diào)用Unicode字符集;另一方面，和臺(tái)式設(shè)備相比，嵌入式智能家居控制系統(tǒng)設(shè)備的內(nèi)存空間較小，因此要盡量?jī)?yōu)化Windows CE應(yīng)用程序代碼，簡(jiǎn)化代碼流程，代碼越簡(jiǎn)單，可以節(jié)約更多的代碼加載時(shí)間。

Windows CE操作系統(tǒng)應(yīng)用程序利用GPIO驅(qū)動(dòng)程序記錄傳感器S3C2440端口的狀態(tài)，并且將信息數(shù)據(jù)保存在Windows CE應(yīng)用程序中，根據(jù)傳感器采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過串口驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用函數(shù)，同時(shí)向GPRS模塊發(fā)送AT命令，GPRS系統(tǒng)可以直接將信息數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶手機(jī)上，用戶就可以去全面掌握家里的情況。當(dāng)用戶需要操作家里的家居設(shè)備時(shí)，可以直接發(fā)送短信到GPRS系統(tǒng)，無線通信系統(tǒng)將信息傳送給Windows CE操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，控制系統(tǒng)通過控制I/O口，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的操作。

完成定制操作系統(tǒng)平臺(tái)、開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序之后，在嵌入式智能家居的控制系統(tǒng)上下載應(yīng)用程序和移植好的操作系統(tǒng)，通過智能家居控制系統(tǒng)將手機(jī)、傳感器、家電等設(shè)備聯(lián)系起來，構(gòu)成一個(gè)完成的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和本地操作。嵌入式智能家居控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便，在未來的發(fā)展中具有廣泛的應(yīng)用空間。

3 結(jié)束語

隨著家庭智能化技術(shù)的快速發(fā)展，家居智能控制器是嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，依靠無線通信技術(shù)，嵌入式智能家居控制系統(tǒng)具有低耗能、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊。

[1]楊晨.嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2011.

[2]趙靜.嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[3]王留送.基于嵌入式的智能家居控制系統(tǒng)[D].中原工學(xué)院，2012.