智能家居系統(tǒng)論文

1、-1 緒論21世紀是信息化的時代，物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的進步。隨著人們生活水平的提高以及科技的高速開展，智能化家居已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。智能化家居是利用電力自動化、計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、信息、構(gòu)造化布線、無線等技術(shù)將多種設(shè)備應(yīng)用和綜合功能組成一個強大的完善的系統(tǒng)1。它以住房為平臺，同時兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)家電、家電設(shè)備自動化、建筑、通信、遠程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集構(gòu)造、效勞、系統(tǒng)、管理為一體的舒適、節(jié)能、平安、便利、高效、娛樂、環(huán)保的居住環(huán)境1。本文介紹的智能化家居控制系統(tǒng)可以使得人們通過手機在任何時候、任意地點對家中的任意電器例如：熱水器、空調(diào)、電飯煲、燈光等進展遠程控制。你可以在

2、下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)翻開、電飯煲煮好香噴噴的米飯、讓熱水器提前燒好熱水，而這一切的實現(xiàn)都僅僅是靠一條短信完成。本系統(tǒng)采用corte*A8作為主控器件，遠程控制是基于GSM網(wǎng)絡(luò)短消息通信方式，AT指令作為系統(tǒng)控制命令，corte*A8通過對收到的信息進展解碼來識別控制信號，用戶只需向TC35模塊發(fā)送相應(yīng)指令即可實現(xiàn)遠程控制操作。溫度傳感器完成現(xiàn)場信息的采集，corte*A8對數(shù)據(jù)進展及時的處理，實現(xiàn)實時測控；短消息發(fā)送局部采用基于GSM模塊TC35和IT公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MA*232等器件構(gòu)成的移動終端的硬件電路，完成短消息收發(fā)功能。1.1 智能家居概述進入21世紀，科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力加速了

3、社會的開展創(chuàng)造能力，隨之而來的也是人類對于物質(zhì)水平的大力需求，而居住的環(huán)境要求也成為了人們關(guān)注的領(lǐng)域，所以智能化這一概念也促使科技工作者們將其引入智能家居民應(yīng)用方面的小區(qū)住宅以及小區(qū)建筑技術(shù)之中。由于計算機控制系統(tǒng)開展迅速，以及電子信息行業(yè)的開展成長快速，也大力促進了智能家居控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。因為固定和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)根本上是傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)的技術(shù)核心，所以安裝固定以及互聯(lián)網(wǎng)成為了到達家庭用戶傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)的產(chǎn)生的根本硬件技術(shù)、以及硬件要求。但是隨著電子技術(shù)、智能通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展日新月異的今天，基于GSM網(wǎng)絡(luò)通訊體統(tǒng)的低本錢無限制智能家居控制系統(tǒng)成為廣闊居民以及中國居民享受新一代智能

4、家居控制系統(tǒng)的變革捷徑。智能家居系統(tǒng)成為一種新興的綜合技術(shù)學(xué)科。智能家居系統(tǒng)也可被定義為一個控制過程，或者控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)在被大多數(shù)科技人員已掌握的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將其糅合，使之成為融合在家居控制中的多個子系統(tǒng)，并使其智能的結(jié)合在一起。目前相比較其他時分多址技術(shù)手段而言，更加完美、成熟、應(yīng)用更廣泛的一種普及率很高的系統(tǒng)是GSM(Global System for Mobile munication)系統(tǒng)。在我國，已建成的根本覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動技術(shù)信息網(wǎng)，早已成為我國公眾移動生活密不可分的一種技術(shù)之一。在GSM短信效勞的根底上，智能家居控制系統(tǒng)是在移動網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

5、的短信應(yīng)用功能的技術(shù)運用。由于GSM網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)在全國圍實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)以及漫游能力，所以它的網(wǎng)絡(luò)功能很強大，用戶無需另外搭建網(wǎng)絡(luò)，因此，在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋率到達全國圍的情況下，為客戶省下了昂貴的網(wǎng)絡(luò)搭建費用以及維護網(wǎng)絡(luò)費用。同時，它對用戶數(shù)量的限制也十分少，也為客戶克制了一般智能家居控制系統(tǒng)中系統(tǒng)本錢高、維護困難、并且網(wǎng)絡(luò)覆蓋圍小以及用戶組數(shù)量少的缺點。相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋率上具有較大的優(yōu)勢，加之GSM本身就具有數(shù)據(jù)的輸送功能，這也促成了GSM應(yīng)用在廣闊生活中得到迅速普及。基于GSM的無線通訊智能系統(tǒng)還具有雙線傳送數(shù)據(jù)的功能、性能穩(wěn)定。為客戶在遠程操控以及用戶控制設(shè)備提供了強大

6、技術(shù)平臺。遠程操控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，普及中國經(jīng)濟生活開展的各大領(lǐng)域。而且目前人們正在使用中的操控系統(tǒng)從本錢、性能、穩(wěn)定性、便捷性以及維護的難易方面根本都不能使人們最大程度的滿意。所以，GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的提出大大的提升了智能家居控制系統(tǒng)的完善程度。1.2 智能家居網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 家居網(wǎng)絡(luò)控制平臺智能家居主控制平臺是智能家居控制系統(tǒng)的心臟局部，等效的可以說是智能家居的核心。對方可以通過手機短信的方式承受用戶命令并實時操作，或者對對用戶手機發(fā)送控制電器運轉(zhuǎn)情況，對家庭總線和各個網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)實施連接，完成智能家居控制系統(tǒng)平臺的構(gòu)成。智能家居子系統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的連接一般均為家電網(wǎng)絡(luò)中的耗電類型的家電電器。例如冰箱

7、、空調(diào)、電磁爐、熱水器、電飯煲、電燈等家用電器。這些消耗電類型的家庭電器可以在現(xiàn)場立即布線互聯(lián)構(gòu)成智能家居系統(tǒng)，與主控家居智能平臺相連接，再進展現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)綜合布線連接智能家居子系統(tǒng)，就可以由用戶利用協(xié)議中的操作指令短信操作家庭中電器設(shè)備了。1.3 智能家居網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸介質(zhì)智能家居網(wǎng)絡(luò)通訊形式多彩多樣，可以采用不同的傳輸介質(zhì)傳輸網(wǎng)絡(luò)通訊信號，大體上有電力線、線、雙絞線、無線方式。 電力線基于電力線為傳輸介質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)可以說是最方便的，因為現(xiàn)在家庭根本都已鋪設(shè)供電源的電源線而且家中的電源線已經(jīng)延伸到家庭生活的每個角落。而且，現(xiàn)在大局部家用電器設(shè)備都離不開電源。所以利用家中的電力線完成智能家居控制系

8、統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案方便而且經(jīng)濟廉價。在國際上，首個實現(xiàn)家庭電器智能化的方案便是通過電力線作為信息傳輸載體的而達成的。 線利用線作為網(wǎng)絡(luò)信息傳輸載體起步雖然相較于電力線稍微晚一些，但是因為它具有布局簡單、使用方便、平安性能好和易于大規(guī)模推廣等優(yōu)點，而且近期線的傳輸速率也完成了大幅度提升，所以它的應(yīng)用和開展非?？?，在美國已有成熟的產(chǎn)品。其中包括：3、Advanced MicroDevices、AT&T、paq、HewlettPackard、Intel、IBM和Lucent Technologies等發(fā)起成立了線家居網(wǎng)絡(luò)協(xié)會，至今己有100多個成員。 雙絞線同軸電纜目前最通用的傳輸介質(zhì)是用雙絞線同軸電纜?？?/p>

9、是在基于雙絞線同軸電纜實際操作中最大的困難是需要另外鋪設(shè)24根專用的傳輸線。但是它擁有通信可靠性和總線接口相對簡單等優(yōu)點，其仍然可以受到廣泛用戶的大批量應(yīng)用。 無線方式無線方式通過射頻載波或者紅外線等形式傳輸用戶信息，藍牙技術(shù)是最近開展最熾熱的無線通信方式。音頻和視頻信號、計算機網(wǎng)絡(luò)信號、控制信號均可以利用藍牙技術(shù)傳輸家庭用戶信號。而且用無線方式傳輸信息時無需架設(shè)任何線路且實現(xiàn)極其方便靈活，非常適合在家庭網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。由于無線方式簡單方便，易于架設(shè)，所以本論文便是使用的GSM無線技術(shù)平臺操作的智能家居平臺系統(tǒng)。1.4 遠程控制技術(shù)概括本論文研究立于一個對于家居電器進展遠程控制，以便于實現(xiàn)家居智能

10、化的系統(tǒng)。遠程控制指的是遠端的家居控制者通過通信系統(tǒng)對現(xiàn)場的家居電器系統(tǒng)進展控制，其目的在于解除地域和環(huán)境對控制的限制，實現(xiàn)高集中的遠程控制，最終實現(xiàn)生產(chǎn)資料和社會資源與通訊資源的優(yōu)化配置?，F(xiàn)代遠程控制技術(shù)是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集合，也是信息技術(shù)和控制技術(shù)的結(jié)合。從用戶角度來講，需要的是一種方便、平安、可靠的一種傳輸方式。可以利用公共數(shù)據(jù)網(wǎng)或者通過架設(shè)專線來實現(xiàn)有線傳輸，然而在大多數(shù)情況下，傳輸距離、架線環(huán)境等條件限制了有線傳輸2。無線傳輸也有很多途徑，如架設(shè)微波線路、(超)短波電臺等都是通過自建的無線發(fā)射接收系統(tǒng)。然而無線傳輸架設(shè)本錢高、頻率資源的限制、容易受到地形地貌的影響、系

11、統(tǒng)的架設(shè)和維護工作繁重，在業(yè)務(wù)量小、用戶數(shù)量大、位置分散等應(yīng)用場合中也受到很大限制。目前，經(jīng)過三代開展的移動通信，移動通信體制中的時分多址技術(shù)中最完善、最成熟、應(yīng)用最廣的一種移動通信系統(tǒng)就是GSM系統(tǒng)2。在數(shù)據(jù)采集、遠距離監(jiān)控、GPS定位、繳費通知、無線報警等領(lǐng)域GMS都有著廣泛的應(yīng)用。在全國圍GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，用戶無需另外組網(wǎng)，GMS具有很強的網(wǎng)絡(luò)能力，網(wǎng)絡(luò)覆蓋圍廣闊，用戶不必再花費節(jié)昂貴的建網(wǎng)費用和維護費用2。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比較的優(yōu)勢，加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及2。GSM短信息系統(tǒng)性能穩(wěn)定還可進展雙向數(shù)據(jù)傳輸，

12、為監(jiān)控設(shè)備和遠程數(shù)據(jù)傳送通信提供了一個可靠、平安的支持平臺。短消息發(fā)送一般采用其專用控制信道(DCCH)來發(fā)送，短信息的效勞端可以實時的了解到對方是否接收到短信息，一旦信息傳送失敗，短信中心實時得知被叫用戶沒有回復(fù)信息，網(wǎng)絡(luò)管理端則會繼續(xù)發(fā)送消息，以保證被叫方能收到短信息。所以，在GSM網(wǎng)絡(luò)的一些主要的電信業(yè)務(wù)當(dāng)中，此類短消息業(yè)務(wù)的信息傳遞是實時平安的2。每個短消息的信息量都是140個八位組(7比特編碼，160個字符)不會超過140個字節(jié)，絕對可以滿足單方面監(jiān)測用戶指標的信息量。綜上所述，智能家居控制系統(tǒng)選用GSM的短消息控制方式，來實現(xiàn)智能家居設(shè)備的遠程控制是可行的。2 系統(tǒng)需求分析及方案物

13、聯(lián)網(wǎng)智能家居要將各成體系、互不相連的子系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來，就必須有一個兼容性強的中央家居處理平臺，承受并處理控制設(shè)施發(fā)出的信息，然后傳送信號給你希望控制的家電或者其他家居子系統(tǒng)。2.1 應(yīng)用程序功能需求分析本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由通信模塊、視頻采集模塊、傳感器模塊、Lcd模塊組成。corte*A8通過對傳感器模塊傳送來的信息進展判斷，如果信息異常，則利用蜂鳴器以及LED實現(xiàn)報警，并通過GSM模塊向用戶發(fā)送報警信息。同時用戶也可以根據(jù)需要，發(fā)送短信給GSM模塊來控制相應(yīng)的家電。實現(xiàn)對現(xiàn)場圖像實時監(jiān)控及工作位置實時控制。2.2開發(fā)環(huán)境需求分析硬件環(huán)境(1)硬件配置原則具有可靠性，可用性和平安性，

14、在滿足軟件需求的條件下，具有完善的技術(shù)支持，能夠滿足個人學(xué)習(xí)和設(shè)計需要。(2)運行本軟件所需的硬件資源CPU： 800M及以上；存容量：存達128M以上。本系統(tǒng)采用corte*A8為中央處理平臺。軟件環(huán)境(1)系統(tǒng)軟件配置規(guī)則能夠在指定的運行環(huán)境下，滿足該軟件的可靠性、平安性和可用性的要求。(2)系統(tǒng)軟件的配置方案配置有持續(xù)工作能力、高穩(wěn)定性、高度可集成的開放式標準的操作系統(tǒng)，如Windows NT 、Windows2000、UNI*，Linu*等。熟悉C+高級程序設(shè)計語言。3 硬件模塊及其驅(qū)動設(shè)計實現(xiàn)3.1 主控模塊本系統(tǒng)采用corte*A8為控制核心，corte*A8不斷監(jiān)測有沒有異常信息

15、，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常信息時，則進入相應(yīng)中斷，利用corte*A8通過UART串口向GSM模塊發(fā)送一系列AT指令并啟動GSM模塊發(fā)送報警短信給用戶。再根據(jù)用戶發(fā)送回來的指令翻開相應(yīng)的繼電器來控制家用電器，完成現(xiàn)場控制和監(jiān)測任務(wù)。3.2 通信模塊 TC35模塊簡介TC35是西門子公司推出的一種完整的無線GSM模塊，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊ASIC、閃存、ZIF連接器、天線接口、SIM卡支架七局部組成。它可以快速、平安可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)傳輸、短消息效勞Short Message Service。模塊的工作電壓為3.34.8V。該模塊有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消

16、息第三組的二類 等。此外，TC35還擁有多方通話、簿功能、漫游檢測等功能。TC35具有TALK、IDLE、省電模式三種常用工作模式。通過它的40管腳的ZIF連接器實現(xiàn)指令、數(shù)據(jù)、語音信號、控制信號的雙向傳輸以及電源連接。TC35的核心是基帶處理器，主要處理GSM終端的語音、數(shù)據(jù)信號，蜂窩射頻設(shè)備中所有的模擬和數(shù)字功能它也擁有。可支持EFR、FR和語音編碼而不需要額外硬件電路。 TC35模塊與corte*A8連接方式TC35模塊主要通過串口與corte*A8進展連接，從而corte*A8實現(xiàn)對TC35模塊的控制?？紤]到系統(tǒng)設(shè)計接口的簡單性并且與corte*A8的UART進展連接，所以只采用TC3

17、5的串口提供了的兩線T*D、R*D控制線連接。系統(tǒng)采用軟件對TC35模塊通信模塊進展控制非常靈活，過多硬件信號的檢測也很好地防止了。對于TC35的其它管腳在不使用的時候，如果該管腳為輸出時，一般將該管腳懸空；如果該管腳為輸入管腳，則需要將該管腳通過10的電阻上拉。另外需要將IGT管腳上拉因為IGT管腳是控制TC35模塊工作的管腳。并且corte*A8與該管腳進展連接，因此我們可以利用corte*A8來控制TC35模塊的工作模式。由于TC35模塊功能健全，TC35模塊的電源管腳是并連在一起的，因此這里不需要做任何的射頻處理和信號處理。此外，IGT管腳是TC35?？斓膯幽_，與corte*A8的A

18、LE管腳相連接。系統(tǒng)加電后為使TC35i進入工作狀態(tài),必須在ALE管腳加一個大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時間不可超過1ms。以下為TC35模塊的接口設(shè)計。3.5 lcd模塊本論文是基于嵌入式Linu*為根底的包括lcd局部。Linu*是一款運行速度快、開源、高效而且免費的操作系統(tǒng)。近年來，基于開源組織的嵌入式Linu*系統(tǒng)的操作系統(tǒng)不斷升級更新。Linu*操作系統(tǒng)是不屬于微核型的操作系統(tǒng)，但是Linu*操作系統(tǒng)模塊化的構(gòu)造可以讓用戶對它進展合理的剪裁，剪除我們不需要的功能以縮減系統(tǒng)的大小，甚至可以做到幾千幾百k大小。所以綜合考慮系統(tǒng)的性能、可兼容性以及系統(tǒng)的運行速度，本論文采用嵌入式L

19、inu*版本。在S5PC100的硬件平臺上安裝經(jīng)過剪裁后的Linu*操作系統(tǒng)后，為了使LCD能正常顯示，還需要在系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的LCD的驅(qū)動程序。緩存(Framebuffer)技術(shù)是Linu*核中的一種常用的驅(qū)動程序設(shè)計的模式，幀緩存為LCD設(shè)備提供了控制器的抽象描述。它就是人們常說的顯存，應(yīng)用程序使用系統(tǒng)實現(xiàn)好的接口可以直接LCD底層設(shè)備，而不需要知道底層具體是如何實現(xiàn)的。本系統(tǒng)利用幀緩沖技術(shù)開發(fā)LCD驅(qū)動程序。LCD設(shè)備使用特殊的設(shè)備節(jié)點，是一個字符設(shè)備，其主設(shè)備號是29，次設(shè)備號為自己需要的幀緩沖個數(shù)。其實，幀緩沖設(shè)備和Linu*中其它的設(shè)備一樣。. z-4 系統(tǒng)軟件局部4.1 主程序及

20、大致流程本工程實現(xiàn)對現(xiàn)場圖像實時監(jiān)控、利用蜂鳴器以及LED報警和發(fā)送短信給用戶。大致流程如圖4.1：圖4.1 系統(tǒng)流程 報警流程傳送異常信息報警方式一：提醒異常1、 翻開pwm字符設(shè)備2、 報警鳴響3、 關(guān)閉設(shè)備報警方式二：查看溫度上下1、 翻開led字符設(shè)備2、 報警過高：高兩位燈亮， 過低：第兩位燈亮3、 關(guān)閉設(shè)備圖4.4 系統(tǒng)顯示效果5 測試及結(jié)論系統(tǒng)測試是為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)試程序中的BUG，通過對該系統(tǒng)進展測試后找出了需要改良的地方，修改了人臉識別算法以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了提高，增加了識別率，提高了視頻幀的采集及處理速度，界面設(shè)計清晰美觀。5.1測試原則(1)根據(jù)該系統(tǒng)的功能需求進展測試。(2)測試需要清晰明了的書寫測試文檔和輸出結(jié)果。(3)程序員需要根據(jù)測試文檔對自己的系統(tǒng)進展改良和說明。(4)在進展對整個系統(tǒng)進展綜合的測試時，應(yīng)當(dāng)提出合理的測試條件和合理的輸入條件，支出該系統(tǒng)需要改良的功能等。(5)測試員要注意測試中的群集現(xiàn)象，測試后程序殘存的錯誤數(shù)目與該程序中