嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的應(yīng)用

黃 雷 楊 琴

1.成都市技師學(xué)院(成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院) 四川 成都 610000；2.四川鐵道職業(yè)學(xué)院 四川 成都 611732

前言

嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)的時(shí)代,嵌入式系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到另一個(gè)對(duì)象體系中去。由于嵌入式計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)要嵌入到其他對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)的是對(duì)對(duì)象的智能化的控制,所以,它有與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的技術(shù)的要求與技術(shù)的發(fā)展方向。

1 嵌入式系統(tǒng)的概述及發(fā)展

目前,國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪,應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)有如下共同點(diǎn)：(1)功能專一：專門(mén)為某一特定應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)；(2)結(jié)構(gòu)緊湊：嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須特別的緊湊,從而達(dá)到小體積,高性能,低成本,低功耗；(3)智能靈活及實(shí)時(shí)性：即要對(duì)不同的情況做出不同的反應(yīng),同時(shí)必須實(shí)時(shí)地給出計(jì)算的結(jié)果并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

縱觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng),具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。第四階段是以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外,但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切,嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來(lái)。

2 智能家居的概述及發(fā)展

智能家居是通過(guò)綜合采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù),建立一個(gè)由家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)組成的家庭綜合服務(wù)與管理集成系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)全面的安全防護(hù)、便利的通訊網(wǎng)絡(luò)以及舒適的居住環(huán)境的家庭住宅。

智能家居的未來(lái)發(fā)展會(huì)是什么樣?未來(lái)的智能家居將朝以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)觸摸控制,將成為智能家居普及型的控制方式,通過(guò)一個(gè)智能觸摸控制屏實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部為燈光,電器,安防,監(jiān)控,等智能控制。(2)智能手機(jī),將成為未來(lái)智能家居最重要的移動(dòng)式智能控制終端,通過(guò)手機(jī)的智能家居客戶端軟件或WEB方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。(3)無(wú)線與有線控制系統(tǒng),將會(huì)無(wú)縫結(jié)合,干線區(qū)域采用布線控制系統(tǒng),小區(qū)域采用無(wú)線控制系統(tǒng),這將是未來(lái)智能家居控制系統(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展方向。

3 基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)形式

3.1 嵌入式系統(tǒng)及智能家居網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 嵌入性、專用性是嵌入式系統(tǒng)的基本要素,它具有功耗低、體積小、集成度高、移動(dòng)能力和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件通常以固態(tài)形式存在,運(yùn)行速度和可靠性高；同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)可以使得開(kāi)發(fā)集中精力在本領(lǐng)域,通過(guò)操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)的支持,減少對(duì)底層軟硬件的關(guān)注,加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度并提高開(kāi)發(fā)程序的穩(wěn)定性,嵌入式系統(tǒng)更大的優(yōu)點(diǎn)是具有內(nèi)核小和多任務(wù)操作系統(tǒng),軟件可剪裁,可靠性高,實(shí)時(shí)性好,專用性強(qiáng)。

3.2 智能家居網(wǎng)絡(luò)的幾種實(shí)現(xiàn)形式

(1)RS-485構(gòu)建智能家居網(wǎng)絡(luò)。RS-485通信網(wǎng)絡(luò)作為一種成熟的技術(shù),已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車(chē)電子等領(lǐng)域,它的噪音抑制能力很強(qiáng),數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Mbps。RS-485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu),不支持環(huán)型或星型網(wǎng)絡(luò)。傳輸介質(zhì)一般選用雙絞線,在通信距離超過(guò)1.2km時(shí),應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)中適當(dāng)加入RS-485中繼器。

(2)CAN總線構(gòu)建智能家居網(wǎng)絡(luò)。CAN總線也稱為控制器局域網(wǎng),是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,其通信有以下優(yōu)點(diǎn)：1、用通訊數(shù)據(jù)塊編碼,可實(shí)現(xiàn)多主工作方式,可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式。2、CAN網(wǎng)絡(luò)具有完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制。3、網(wǎng)絡(luò)采用分布式結(jié)構(gòu),CAN總線是基于發(fā)送報(bào)文的編碼,增添或刪減CAN上的控制節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大的影響。4、現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性好、速度快、且工程建設(shè)簡(jiǎn)單。

(3)Lon Works總線構(gòu)建智能家居網(wǎng)絡(luò)。Lon Works是具有強(qiáng)勁勢(shì)力的全新的總線技術(shù),它采用了ISO/OSI模型的全部7層通信協(xié)議,采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,其通信最大速率為1.25Mbps,直接通信距離可達(dá)2.7km,支持雙絞線、同軸電纜、光纖等多種通信介質(zhì)。

(4)藍(lán)牙技術(shù)構(gòu)建智能家居網(wǎng)絡(luò)。它由內(nèi)嵌藍(lán)牙模塊的嵌入式系統(tǒng)組成家庭網(wǎng)關(guān),擔(dān)當(dāng)信息處理平臺(tái)的角色,與內(nèi)嵌藍(lán)牙模塊的家用設(shè)備、手持控制設(shè)備共同組成智能家居藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。

4 嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的優(yōu)勢(shì)

嵌入式系統(tǒng)在智能家居中有著先天的優(yōu)勢(shì)：(1)采用嵌入式系統(tǒng),系統(tǒng)處理能力大大增強(qiáng),可以給您帶來(lái)更加逼真的圖象以及更加真實(shí)的語(yǔ)音等。(2)根據(jù)系統(tǒng)定制的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不僅可以最大限度的利用硬件資源而且還避免了過(guò)于龐大的系統(tǒng)造成的系統(tǒng)冗余。(3)采用嵌入系統(tǒng)解決方案,系統(tǒng)架構(gòu)更加清晰簡(jiǎn)捷。(4)軟件開(kāi)發(fā)使用常用的C、C++、JAVA等常用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,開(kāi)發(fā)能力強(qiáng)大。(5)軟件采用分層設(shè)計(jì)方便維護(hù)和升級(jí),大大提高了代碼利用率,縮短開(kāi)發(fā)周期。(6)嵌入式系統(tǒng)有及其豐富的硬件接口,包括：以太網(wǎng)絡(luò)接口,LCD接口,觸摸屏接口,人機(jī)交互鍵盤(pán)等,統(tǒng)一引出,以備將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展。操作系統(tǒng)采用開(kāi)源的操作系統(tǒng),開(kāi)發(fā)資源豐富,軟件上提供標(biāo)準(zhǔn)通用的API二次開(kāi)發(fā)接口,可移植性強(qiáng)。

5 嵌入式智能家居的發(fā)展趨勢(shì)

嵌入式技術(shù)的蓬勃興起為智能家居行業(yè)的發(fā)展指明了技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),也提供了技術(shù)革新的有利武器。目前,總的看來(lái),未來(lái)智能家居發(fā)展趨勢(shì)如下：(1)技術(shù)引領(lǐng)無(wú)線智能家居。(2)云計(jì)算牽手智能家居。(3)體驗(yàn)全方位人性化。

綜上所述智能家居的這些特點(diǎn),嵌入式系統(tǒng)不管從哪個(gè)方面考慮都是實(shí)現(xiàn)智能家居控制的不二之選。

6 結(jié)論

本文主要講述了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及其優(yōu)點(diǎn)、智能家居的發(fā)展趨勢(shì)以及嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)形式,最后對(duì)基于嵌入系統(tǒng)的智能家居的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了具體闡述。目前,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類的各個(gè)方面,對(duì)國(guó)家和人們的生活生產(chǎn)有著重要的意義,而智能家居則是未來(lái)家居發(fā)展的必然趨勢(shì),因此,基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居必然將會(huì)有一片巨大的市場(chǎng)。