基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)開發(fā)及實現(xiàn)

李宏煜

（江蘇無線電廠有限公司，江蘇 南京 210012）

基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)開發(fā)及實現(xiàn)

李宏煜

（江蘇無線電廠有限公司，江蘇 南京 210012）

文章首先對基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)的總體開發(fā)方案進行了介紹，隨后分析了ARM控制器平臺的搭建，在此基礎上論述了系統(tǒng)應用層的設計與實現(xiàn)。期望通過該研究能對智能家居控制水平的提升有所幫助。

智能家居；ARM；控制系統(tǒng)

1 基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)的總體開發(fā)方案

現(xiàn)如今，智能家居已經(jīng)成為一種流行趨勢，它的出現(xiàn)為人們的日常生活提供了極大的便利。為進一步提升智能家居的控制水平，本文基于ARM控制器，開發(fā)一套智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由ARM，ZigBee無線組網(wǎng)及末端控制設備組成，基本框架結構如圖1所示。

圖1 智能家居系統(tǒng)框架結構示意

由圖1可以清楚地看出，系統(tǒng)采用了嵌入式Web服務器，將家居的節(jié)點網(wǎng)絡與外部的互聯(lián)網(wǎng)進行連接，同時，為了使相關的數(shù)據(jù)信息能夠得到永久性的保存，Web服務器可以通過互聯(lián)網(wǎng)與云服務器之間進行信息交互。家居的所有信息科節(jié)點網(wǎng)絡上傳給云服務器，遠程控制設備能夠通過網(wǎng)絡對云服務器進行訪問，由此可實現(xiàn)用戶與家居信息的傳遞與共享。

本系統(tǒng)在開發(fā)的過程中，應用了無線感知節(jié)點網(wǎng)絡，它的實質(zhì)是一個傳感器網(wǎng)絡，運用該節(jié)點網(wǎng)絡的主要目的是通過它來實現(xiàn)信息采集、安防報警、設備控制等功能，其中信息采集是對家居環(huán)境的相關信息進行收集，據(jù)此對該環(huán)境內(nèi)的溫濕度等參數(shù)進行監(jiān)控；安防報警能夠在有陌生人進入室內(nèi)或是發(fā)生火災等情況時，門禁與煙霧傳感器會將報警信息經(jīng)由嵌入式網(wǎng)關傳給云服務器；設備控制是借助家用電器上的控制模塊，利用節(jié)點網(wǎng)絡傳遞的相關控制指令對室內(nèi)的家用電器進行遠程控制[1]。該系統(tǒng)中的控制設備包括智能水機、平板電腦以及臺式機等，其能夠為用戶與家居環(huán)境之間的信息交互提供一個良好的平臺，借助控制設備用戶可以利用無線網(wǎng)絡獲取家居環(huán)境的有關信息，并對家電等設備進行實時監(jiān)視和控制。

鑒于當前B/S架構和安卓操作系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為主流趨勢，故此，在對系統(tǒng)進行設計開發(fā)的過程中，移植了嵌入式Web服務器，并開發(fā)以安卓為操作系統(tǒng)的客戶端軟件。

2 ARM控制器平臺的搭建

在本次開發(fā)的系統(tǒng)當中，嵌入式Web服務器是一個WebServer系統(tǒng)，通過Web瀏覽器，任意的計算機或是智能手機均可以登錄嵌入式Web服務器，再利用相關的指令，便可實現(xiàn)對室內(nèi)家居設備的有效控制[2]。傳感器會將采集到的數(shù)據(jù)按照預先設定好的時間進行上報，從而實現(xiàn)了對家居設備關鍵運行參數(shù)的監(jiān)測。由于本系統(tǒng)是基于ARM控制器進行設計開發(fā)的，故此，需要搭建起一個相對完善的ARM控制器平臺，對該平臺的搭建可以分為兩個部分進行，一部分是硬件，另一部分軟件[3]。

2.1 ARM硬件的開發(fā)

通過市場調(diào)查，并從經(jīng)濟性和技術性兩方面進行綜合考慮，最終決定選用韓國三星電子公司的S5PV210開發(fā)板作為核心平臺。由于本次設計開發(fā)只對板上的部分接口進行了使用，為對系統(tǒng)進行精簡，將其余沒有使用的接口全部剪裁掉。由此可以為批量制作節(jié)省成本，并且開發(fā)板的體積也隨之縮小，這樣的設計使整個系統(tǒng)更加精簡便捷，與節(jié)能降耗的要求相符。圖2是經(jīng)過剪裁之后的開發(fā)板電路結構框架示意圖。

圖2 開發(fā)板剪裁后的電路結構示意

2.2 構建Linux開發(fā)環(huán)境

如果整個系統(tǒng)的開發(fā)過程全部在嵌入式硬件平臺上進行，則會導致系統(tǒng)變得過于龐大，為避免這一情況的發(fā)生，可在PC機上進行開發(fā)編譯，然后將編譯好的文件直接移植到開發(fā)板嵌入式系統(tǒng)當中運行即可，這種開發(fā)方式被業(yè)界稱之為交叉開發(fā)模式，是一種實用性較強的系統(tǒng)硬件開發(fā)方法。需要在計算機上建立起交叉編譯所需的環(huán)境，即嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，為提高可操作性，選擇在Windows7操作系統(tǒng)下安裝虛擬機的方法，借助虛擬機，能夠在一臺x86架構的PC機上，運行多個不同版本的操作系統(tǒng)。

2.3 建立嵌入式Web服務器

嵌入式Web服務器是本系統(tǒng)的核心組成部分之一，它能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信和遠程控制，客戶端與室內(nèi)家居設備的連接也可由該服務器來完成，最為重要的是，其可以實現(xiàn)室內(nèi)外網(wǎng)絡的互聯(lián)互通。本次設計中選用的嵌入式Web服務器主要是由以下3個部分構成：Boa，CGI和SQLite。在Unix系統(tǒng)當中，該服務器是以小型開源軟件的形式運行的，CGI作為該服務器的主要應用程序之一，它提供了一個通信標準，利用網(wǎng)關程序中內(nèi)嵌的SQL語句，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問與操作。圖3為嵌入式Web的開發(fā)流程。

圖3 嵌入式Web的開發(fā)流程示意

2.4 ZigBee無線網(wǎng)絡的組建

國際ZigBee聯(lián)盟協(xié)會針對ZigBee無線網(wǎng)絡通信發(fā)布了一個免費的協(xié)議棧，即Z-Stack2007，該協(xié)議支持多個硬件平臺，與ZigBee2007協(xié)議標準相符，TI公司的CC2530和MP430均支持該標準，其在ZigBee無線網(wǎng)絡中的作用是其他協(xié)議無法替代的，在該協(xié)議中涵蓋了絕大部分的網(wǎng)絡拓撲結構。

3 系統(tǒng)應用層的設計與實現(xiàn)

本文所提出的系統(tǒng)主要是對智能家居進行有效的控制，因此系統(tǒng)應用層的設計與實現(xiàn)，是整個系統(tǒng)開發(fā)的重點環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)設計過程中，可以利用PC機或是安卓系統(tǒng)的智能手機作為控制設備，借助Web瀏覽器及安卓客戶端，對系統(tǒng)進行控制。

3.1 Web遠控的設計與實現(xiàn)

在完成Cgic庫的移植后，便可開始著手對CGI程序進行設計，整個設計過程分為以下3個部分：

（1）登錄與授權。用戶的登錄賬號與密碼可以全部存儲到日志當中，用戶在登錄系統(tǒng)時，通過對一個CGI程序的調(diào)用，系統(tǒng)會對用戶輸入的信息與日志中存儲的信息進行對比，確認相同后，用戶便可成功登錄，并進入操作主界面。

（2）控制部分。該部分的主要功能使對室內(nèi)家居設備進行開關控制，以室內(nèi)的智能燈具為例，在安裝驅(qū)動的前提下，可通過相關函數(shù)獲取燈的實際狀態(tài)，點擊狀態(tài)按鈕，可以改變燈的狀態(tài)，即開啟或是關閉。

（3）顯示部分。該部分主要負責對各類傳感器進行讀值，驅(qū)動安裝完畢后，通過相關函數(shù)可以獲取室內(nèi)的實時溫濕度，當溫濕度超過報警限值后，蜂鳴器會自動響應。

3.2 安卓客戶端的設計與實現(xiàn)

安卓客戶端界面的實現(xiàn)方法有以下3種：第一種方法是借助用戶代碼形成，第二種方法是通過用過戶接口實現(xiàn)，第三種方法是利用XML配置來構成。本次系統(tǒng)開發(fā)在安卓客戶端界面的實現(xiàn)上采用的是第一種方法，即以用戶代碼來實現(xiàn)。

4 結語

綜上所述，本文開發(fā)的這套系統(tǒng)設計完成后進行了試應用，結果顯示，通過該系統(tǒng)能夠?qū)χ悄芗揖舆M行有效的控制。在未來一段時期，應當將工作的重點放在系統(tǒng)功能的完善上，從而使系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定，這對于該系統(tǒng)的推廣應用具有重要意義。

[1]熊瓊.基于ARM Cortex-A8與Android平臺的智能家居系統(tǒng)設計[D].太原：太原理工大學，2014.

[2]羅浩.基于ARM和無線射頻技術的智能家居控制系統(tǒng)設計[D].南昌：南昌大學，2015.

[3]馮劍鋒.基于ARM與ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)設計[D].吉林：吉林大學，2014.

Development and implementation of intelligent home control system based on ARM

Li Hongyu
（Jiangsu Radio Power Plant Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

This paper first introduced overall development plan of intelligent home control system based on ARM, then analyzed the structures of the ARM controller platform, discussing the design and implementation of application layer system, aiming at improving the level of intelligent home control through this study.

intelligent home; ARM; control system

李宏煜（1988— ），男，江蘇高郵，本科，助理工程師；研究方向：基于ARM的產(chǎn)品開發(fā)及應用。