嵌入式智能家居控制系統(tǒng)軟件設計

1、本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告論文題目： 嵌入式智能家居控制系統(tǒng) 軟件設計 學 院： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 自動化1204 學生姓名： 劉芳春 學 號： 120302433 導師姓名： 王通 開題時間：2016年 3 月 18 日1.課題背景及意義1.1課題研究背景、目的及意義 目前，幾乎所有家庭都有使用各種電器設備，電視、電燈、空調(diào)、冰箱等。然而，就當前情況來說，這些設備總是被看成單個的、獨立的個體使用，而極少出現(xiàn)一個專門的系統(tǒng)來管理它們、或是將它們糅合為一個具有一定 “智慧”的設備集合體。這不僅使得設備使用者不得不在控制和管理這些設備上消耗大量時間和精力， 而且容易造成設備使用效率不高

2、， 浪費寶貴的能源，這不符合節(jié)能環(huán)保的國家政策方針?；谶@個事實，智能家居的概念應運而生。智能家居又被人們稱智能住宅1， 在國外也叫做 Smart Home 。智能家居是以個人住所為單位，以控制技術、通信技術計算機技術為基礎，以提升人們的日常家居生活為目的的家居控制和管理系統(tǒng)2。由于智能家居是一個最近才得到快速發(fā)展的行業(yè)，當前有許多地方并未得到充分的研究，也有許多研究成果并未能轉(zhuǎn)化成為實際產(chǎn)品。探尋其本質(zhì)因素有兩個。其一，大多數(shù)已有的智能家居產(chǎn)品是針對高消費人群設計和開發(fā)的，而沒有顧及到占人口絕大多數(shù)的低端消費人群。因此，其市場本身就不會太大。其二，許多開發(fā)出來的產(chǎn)品在性能上并不完全讓消費者滿

3、意。當前已有的產(chǎn)品中的大多數(shù)，或是存在功能單調(diào)、或是存在使用不方便等各種缺乏吸引力的不足之處。為了改善這一現(xiàn)狀，軟件部分設計就成了必不可少的工作，軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應用編程接口，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預定的功能。嵌入式軟件是應用程序和操作系統(tǒng)兩種軟件的一體化程序。對于嵌入式軟件而言，系統(tǒng)軟件和應用軟件的界限并不明顯，原因在于嵌入式環(huán)境下應用系統(tǒng)的配置差別較大，所需操作系統(tǒng)裁剪配置不同，I/O 操作沒有標準化，驅(qū)動程序通常需要自行設計3,4 。嵌入式實時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式系統(tǒng)中應用越來越廣泛，尤其在功能復

4、雜、系統(tǒng)龐大的應用中5。它與實時應用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用，由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作，為應用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境和開發(fā)環(huán)境。µC/OS-II 是一個完整的，可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務內(nèi)核。它通過了美國聯(lián)邦航空管理局商用航行器的認可，符合航空無線電技術委員會對用于航空設備方面所使用的軟件性能提出的DO-178B標準認可。目前已有數(shù)百個商業(yè)應用的µC/OS，該操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了充分的肯定6,7。該操作系統(tǒng)在智能家居領域中的應用也越來越廣泛。因此對于嵌入式智能家居操作系統(tǒng)的研究也越來越有必要。1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 隨著全球化信

5、息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的興起，智能家居出現(xiàn)在 普通人們的視野之中。 上個世紀八十年代，隨著電子技術的提升和成熟，非常多的上市家用電器都采用了電子技術。面對日益增多的家用電器，人們迫切希望出現(xiàn)一種自動化或者是智能化的家電管理系統(tǒng)。八十年代中期，出現(xiàn)了住宅自動化概念（HA，Home Automation)8，即，將家用電器、通信設備和安防設備這些傳統(tǒng)上認為獨立的功能整合為一個整體。八十年代末期，由于通信與信息技術出現(xiàn)突破性發(fā)展，開始逐漸出現(xiàn)了一些專門的商用系統(tǒng)，系統(tǒng)利用總線技術對住宅中的各種家電、安防和通信設備實現(xiàn)控制、監(jiān)視和管理。1984 年，美國聯(lián)合科技公司（United Technologies

6、Build ing System建成了全世界首棟類似于智能家居的“智能型建筑” CityPlaceBuilding，這是人們第一次見識到的建筑設備信息化、整合化的建筑物。從此以后，許多公司和機構(gòu)紛紛加入搭建智能家居隊列之中。 比如，MIT、西門子、思科、IBM 、Xerox、微軟等國際巨頭。2003 年，Housing Learning & Improvement Network 發(fā)布了一種對智能j家居的定義，并開展了 DTI 智能家居項目9。Nektarios Papadopoulos 等提出并研究了一種連接家庭平臺 （CHP） 和智能家居應用開發(fā)平臺的架構(gòu)10。 Dae- Man

7、Han 和 Jae- Hun Lim 提出和研究了一種基于 ZigBee 技術的智能家居能量管理系統(tǒng)11。有學者描述了一種智能家居系統(tǒng)管理協(xié)議的設計和實現(xiàn)12。還有人使用 ZigBee 或者藍牙作為局域聯(lián)網(wǎng)技術，使用萬維網(wǎng)作為遠程接入技術13. 智能家居在國內(nèi)的發(fā)展時間雖然較短，但是也取得了很大進步。與此同時，國內(nèi)智能家居行業(yè)雖然正處于初步發(fā)展階段，但是目前的發(fā)展非常迅速14。 2003 年，由聯(lián)想帶頭、眾多單位參與的“信息設備資源共享協(xié)同服務”標準工作組正式成立，這就是大家都耳熟能詳?shù)摹伴W聯(lián)”1516。2004 年，海爾公司率領多個廠家協(xié)同推出新網(wǎng)絡家電標準“e 家佳”171819。此后不到

8、一年，信息產(chǎn)業(yè)部確定“閃聯(lián)” 和 “e 家佳” 為行業(yè)推薦性標準。 2012年，長虹公司推出自主研發(fā)的具有 5 種場景的智能家居體驗館，系統(tǒng)將多種應用場景和設備智能控制方式有機結(jié)合，形成一個家庭控制系統(tǒng)20。市場上其它比較成熟的解決方案有海爾家庭系統(tǒng)，TCL 的智能家居系統(tǒng)等。經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國的智能家居已經(jīng)有了自己的特色。從最開始只能控制單一的設備，如控制燈光、遠程抄表，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)將多個控制單元融入一個系統(tǒng)，方便統(tǒng)一管理。從最開始各公司各自制定私有接口協(xié)議、開發(fā)自己私有的產(chǎn)品，到智能家居聯(lián)盟開始著手起草通用接口和協(xié)議。從最初一些能力有限小公司的小規(guī)模投入，發(fā)展到聯(lián)想集團、海爾等大公司

9、開始大力投入該領域?，F(xiàn)今，在智能家居領域中有幾款杰出的產(chǎn)品。Honeywell Smart Home 在中國大陸名叫 MoMas，隨著數(shù)字技術和移動控制成為當今的主流，該公司生產(chǎn)的產(chǎn)品具有豐富的、時髦的控制終端應用。用戶只需要將應用安裝到支持WIFI 的手機或平板電腦燈移動終端上，然后動動手指便可以輕松控制電燈、空調(diào)等家用設備，實現(xiàn)了一鍵控制多種設備的目的。Control4 是一家專業(yè)設計和生產(chǎn)家庭自動化控制產(chǎn)品及其解決方案的公司。由于開發(fā)的產(chǎn)品大多是基于 IP 技術，因此其產(chǎn)品具有性能好、經(jīng)濟實惠、并且支持很多時髦的技術。其家庭內(nèi)部網(wǎng)絡一般采用 Zigbee 或者 WIFI，很方便在那些房屋

10、已經(jīng)裝修好的家庭使用。 目前，智能家具在全球都呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢，嵌入式智能家具在美國、德國、新加坡、日本等都有廣泛的應用21，在國內(nèi)，智能家具也已經(jīng)走過了概念期，正是基于對智能家具市場發(fā)展前景的展望，使得越來越多的企業(yè)介入智能家具這個行業(yè)，隨著科學技術的迅速發(fā)展和嵌入式技術的不斷提高，我國的嵌入式智能家具系統(tǒng)也會越來越完善，嵌入式智能家具系統(tǒng)軟件技術也會不斷提高。今天嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了1萬億美元，在國內(nèi)，“維納斯計劃”和“女媧計劃”一度鬧得沸沸揚揚，機頂盒、信息加電這兩年更成了IT熱點，而實際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個特定應用。據(jù)調(diào)查，目前國際上已有兩百多種嵌入式

11、操作系統(tǒng)，而各種各樣的開發(fā)工具、應用于嵌入式開發(fā)的儀器設備更是不可勝數(shù)。我國信息化與全面小康社會建設對嵌入式系統(tǒng)市場提出巨大需求，信息家電產(chǎn)品年需求量幾億臺，每一類數(shù)字化家電產(chǎn)品都有千萬臺市場需求量，工業(yè)控制用嵌入式系統(tǒng)有百十萬臺套需求量，商用嵌入式系統(tǒng)需求量幾百萬臺。我國己有集成電路及PCB印刷電路板產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)能力，出口的嵌入式應用產(chǎn)品亦將逐步增長，在全球市場也可占有一席之地。2005年我國嵌入式計算機創(chuàng)造上千億元的效益，嵌入式計算機是信息、產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟增長點。國內(nèi)外的市場為我國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供大有作為的廣闊天地2223。隨著嵌入式應用的日益普及，實時操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)設計中的應用

12、也受到普遍關注，越來越多的公司開始開發(fā)實時操作系統(tǒng)，而且越來越多的工程師使用實時操作系統(tǒng)。如今已有二百多種嵌入式實時操作系統(tǒng)，在長期應用與商業(yè)競爭中己逐漸形成了一些較為成功的嵌入式操作系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，僅用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)就有40種左右，其中較為流行的主要有：Windows CE、Palm OS、Real-Time Linux、VxWorks、PSOS、PowerTV以及C/OS。C/OS是源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)，后來推出的C/OS-是C/OS的升級版本。在智能家居領域中，主流的系統(tǒng)架構(gòu)主要有 C/S、B/S 兩種方案。網(wǎng)絡通信方面主要 是基于以太網(wǎng)、ZigBee 、GPRS、WI

13、FI、電力線載波、紅外、藍牙等。協(xié)議方面， 國內(nèi)主要使用的有， 國外開發(fā)的 X1024、 EIB、 CE bus25、LonWork26、EHS 等，國內(nèi)開發(fā)的閃聯(lián)、e 家佳等。2 畢業(yè)設計研究內(nèi)容及任務2.1研究內(nèi)容 嵌入式系統(tǒng)通常包括軟件和硬件兩部分。本文正是基于嵌入式系統(tǒng)的硬件部分開發(fā)相關的軟件部分。根據(jù)硬件功能編寫對應的驅(qū)動程序，及在操作系統(tǒng)上編寫應用程序及界面。主要工作是將實時操作系統(tǒng)µC/OS-II移植到基于ARM7核的微控制器上，為微控制器上的軟件開發(fā)提供一個操作系統(tǒng)平臺。實現(xiàn)對家庭提供電源控制、家電控制（如電視機、空調(diào)、冰箱、電飯煲、淋浴器、微波爐等）、門窗控制、檢測

14、報警系統(tǒng)、燈光控制等。本課題提出了一種基于C/OS-的嵌入式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。首先是要在目標平臺上成功移植C/OS-操作系統(tǒng)，然后在該操作系統(tǒng)上運行網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。其中C/OS-操作系統(tǒng)在移植過程中根據(jù)控制系統(tǒng)的需要來進行剪裁。以便精簡操作系統(tǒng)，減少不必要的代碼。2.2設計思想及設計方案 根據(jù)前面的分析，本文中的智能家居系統(tǒng)總體架構(gòu)為 C/S 模型，上位機服務器是整體系統(tǒng)的服務器，上位機客戶端和家庭網(wǎng)關是系統(tǒng)中的客戶端。 用戶操作上位機軟件，通常安裝在 PC 機、平板電腦和智能手機等終端上選擇受控設備及其控制目的。 軟件將用戶的操作編碼并形成具有一定格式的據(jù)幀，并且通過網(wǎng)絡發(fā)送給家庭網(wǎng)關。家庭網(wǎng)關進

15、一步將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給相應的智能控制終端，智能終端再對接收到數(shù)據(jù)進行解析，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的命令來執(zhí)行相應的控制動作，從而完成對目標受控設備的控制?？刂平Y(jié)果會被反饋給用戶端軟件，并通過友好的界面呈現(xiàn)給用戶觀看。系統(tǒng)由這幾個部分構(gòu)成：客戶端、服務器、家庭網(wǎng)關、智能控制終端。其中客戶端和服務器處于上位機側(cè)，以安裝在智能手機、平板、家用電腦等設備上的軟件的形式出現(xiàn)。而家庭網(wǎng)關和智能控制終端屬于下位機部分，以實體形式存在。如下圖示： 圖1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)共有四個部分四個部分在系統(tǒng)中所充當?shù)慕巧约肮δ芊謩e如下：客戶端軟件：客戶端軟件屬于整個系統(tǒng)的上位機側(cè)，其主要作用有以下幾個。一、為用戶提供一個友好

16、的用戶界面，在整個智能家居系統(tǒng)中，用戶通過這個用戶界面便可以控制整個系統(tǒng)的運行情況。二、將用戶的操作轉(zhuǎn)換成便于機器處理和便于通信的數(shù)據(jù)，并通過相應通信方式傳遞給家庭網(wǎng)關。三、從家庭網(wǎng)關接受數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于用戶觀看的格式。四、記錄和統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)，便于查閱。服務器軟件：服務器軟件也是上位機側(cè)的一個重要的組成部分，其主要作用如下。一、處理用戶上下線請求。如，與上線用戶建立連接，與離線用戶斷開連接；二、可以多用戶同時上線。一般來說，一個家庭的成員不會只有一個，因此系統(tǒng)支持多個用戶同時登陸是很有意義的；三、管理在線用戶，記錄用戶日志；四、便于實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿越。單獨設計的服務器具有這樣的優(yōu)點，有效地避

17、開內(nèi)網(wǎng)防火墻對客戶端通信的阻礙，實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿越。家庭網(wǎng)關：家庭網(wǎng)關屬于下位機側(cè)的重要組成部分，其主要功能包括：一、連接外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)。家庭網(wǎng)關通過對收到的信息重新打包，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡協(xié)議之間可以正確通信，即外部網(wǎng)絡與內(nèi)部網(wǎng)絡可以正確通信；二、提供過濾和安全功能通過對接收到的信息進行判斷，家庭網(wǎng)關可以濾掉不符合要求的信息以及一些不安全的信息；三、支持通過多種外網(wǎng)協(xié)議與上位機通信。從；四、有利于維護外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的獨立性。加入家庭網(wǎng)關后，內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)通信協(xié)議和技術完全獨立，彼此影響變小。這樣做可以避免內(nèi)網(wǎng)協(xié)議發(fā)生變動時影響到外網(wǎng)通信的正確性，或者是外網(wǎng)協(xié)議發(fā)生變化后影響到內(nèi)網(wǎng)通信的正確性。智能控制終端：智能控制

18、終端是下位機的主要組成部分之一，其主要功能是：一、控制家用電器的工作狀態(tài)。智能控制終端根據(jù)接收到的命令來控制電器的工作狀態(tài)。比如，接收到打開 5 號電燈命令，相應的智能終端則打開 5 號電燈；二、收集和上傳家電的工作信息。智能終端根據(jù)上位機客戶的設置來收集家電信息，并且將信息上傳給上位機；三、異常處理。智能終端通過分析家電工作信息，對工作異常的設備進行相應的異常處理，同時將異常上報給用戶。整個系統(tǒng)的軟件部分是由上位機和下位機兩部分軟件組成。其中上位機方的軟件包括客戶控制端、服務器端兩部分，運行于家庭計算機或者是智能終端上下位機方面的軟件，是由家庭網(wǎng)關和智能控制終端兩部分軟件組成。家庭網(wǎng)關為上位

19、機和智能終端建立通信橋梁；智能控制終端是控制命令的執(zhí)行體。通常來說，在一個智能家居系統(tǒng)中，只需要一臺家庭網(wǎng)關；智能家電終端的數(shù)量，則根據(jù)受控家電的數(shù)量而定。 上位機的主要任務是提供家電控制界面和家電數(shù)據(jù)管理功能。用戶通過操作可視化人機交互界面實現(xiàn)控制家電、查看家電數(shù)據(jù)信息。而與此對應，下位機的任務主要是以下幾個： （1）家庭網(wǎng)關。主要任務是，為上位機和智能控制終端之間建立通信的橋梁。家庭網(wǎng)關與上位機之間通過以太網(wǎng)、WIFI、GPRS 模塊進行通信，與下位機之間通過zigbee進行通信。 （2）智能控制終端。主要任務是，接收家庭網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)過來的控制命令，根據(jù)控制命令完成對家電設備的控制，并且將操作

20、結(jié)果經(jīng)過家庭網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)給客戶終端。 家庭網(wǎng)關起的是一個樞紐作用，它連接外部網(wǎng)絡中的上位機和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡中的下位機。是智能家居網(wǎng)絡中連接上位機和智能終端的橋梁，作用是實現(xiàn)外部網(wǎng)絡和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡的通信。除了系統(tǒng) 必要的軟件外，其主要軟件模塊是通信模塊，包括外部聯(lián)網(wǎng)通信模塊和家庭內(nèi)網(wǎng)通信模塊 。根據(jù)以上所述， 家庭網(wǎng)關整體軟件流程結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2家庭網(wǎng)關軟件流程圖家庭網(wǎng)關開機之后，首先進行系統(tǒng)配置和模塊初始化 。1）系統(tǒng)配置。主要包括，開時鐘、配置管腳參數(shù)、開中斷，等等。這一步的目的是，啟動微處理器、配置芯片和外設參數(shù)。2 ）相關模塊初始化。 主要包括， WIFI、以太網(wǎng)、 GPRS 模塊、電力

21、載波模塊、內(nèi)網(wǎng)協(xié)議棧， 等。對 WIFI、以太網(wǎng)、 GPRS這三個與上位機通信的模塊而言，初始化過程的工作是對其各自的協(xié)議棧初始化，比如，選擇工作模式，配置 IP 和 MAC 地址，選擇通信速率，使用何種數(shù)據(jù)接收方式，以及與上位機的服務器建立連接和完成登錄。對電力載波的配置和上面的類似，只是不用與對方建立連接和登錄。對內(nèi)網(wǎng)協(xié)議和調(diào)試模塊的初始化主要是將一些相關變量置為初始值。初始化完成之后，家庭網(wǎng)關開始正常工作 。六個模塊并行 ，分別執(zhí)行各自的任務。 關于家庭網(wǎng)關驅(qū)動程序的設計：GPRS 驅(qū)動程序設計GPRS 模塊和 ARM 是通過串口 1 連接的，驅(qū)動模塊通過給 GPRS 模塊發(fā)送 AT 命

22、令字符串來控制器其作業(yè)。（a）AT 命令 AT 指令目前已成為全球通用的標準，任何與 Hayes 兼容的調(diào)制解調(diào)器都可使用這些指令。（b）驅(qū)動流程GPRS 模塊可以劃分為三個部分，初始化、接收數(shù)據(jù)處理、發(fā)送數(shù)據(jù)處理。在初始化階段，首先使用指令 AT+IPR = 115200 來設置 GPRS 模塊的通信速率為 115200bps 。設定好速率之后，發(fā)送 ATI 指令來啟動 GPRS 模塊，如果收到的回復為 OK，則表示模塊已經(jīng)工作。否則，則繼續(xù)發(fā)送 ATI 指令，直到超時退出。在 GPRS 開始工作后，發(fā)送指令 AT+CIPSTART= “ TCP ” ，“108.170.54.231” ，

23、“5638” ，與服務器建立連接。返回 OK 表示連接成功。其中 108.170.54.231 是智能家居系統(tǒng)服務器的 IP ，5638 是其端口號。一旦連接成功，下一步則是發(fā)送登錄數(shù)據(jù)向服務器請求登錄。在成功登錄之后， GPRS的初始化階段結(jié)束。接下來，進入 GPRS 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)處理部分。在接收處理階段，首先查詢是否有數(shù)據(jù)需要處理，如果沒有則進入發(fā)送數(shù)據(jù)處理階段，如果有，第一步則是找到幀頭“+IPDxx:” 其中 xx 表示該數(shù)據(jù)幀的長度，單位為字節(jié)。在找到幀頭后，提出數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)幀的有效性進行判斷。如果不是有效幀，則繼續(xù)上面的過程；如果是，則對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。由于上位機按

24、照 UTF8 格式發(fā)送數(shù)據(jù)，故先將數(shù)據(jù)從 UTF8 格式轉(zhuǎn)換到 unicode 格式。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是字符形式的數(shù)據(jù)，還需要進一步轉(zhuǎn)換成 ASC 格式才能符合需要。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢，需要改裝成內(nèi)部模塊通信格式，并加上信道類型標志（ G：GPRS，W： WIFI，E ：以太網(wǎng)）。最后，放入接收數(shù)據(jù)幀隊列中，交由中心控制器的數(shù)據(jù)分發(fā)模塊處理。在發(fā)送階段的處理類似于接收處理的逆過程。如果 GPRS 發(fā)送數(shù)據(jù)隊列 g_GPRSSendFrameQuene 中有數(shù)據(jù)，則取出一幀數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成合適的格式發(fā)送給上位機。 具體流程如下圖3所示： 圖3 GPRS通信模塊工作流程圖 上一部分介紹了家庭網(wǎng)關軟件設計，接

25、下來將介紹智能家居下位機系統(tǒng)中另一個重要組成部分：控制終端的軟件設計?？刂平K端的主要功能是，通過家庭內(nèi)部網(wǎng)絡接收控制指令、根據(jù)控制指令執(zhí)行相應驅(qū)動程序、通過 LCD 屏幕顯示設備運行信息。初始化完成之后，家庭網(wǎng)關開始正常工作。四個模塊并行，分別執(zhí)行各自的任務。1、 內(nèi)網(wǎng)通信模塊。該模塊用于智能終端跟家庭網(wǎng)關通信，包括接收和發(fā)送兩部分。接收部分的工作是，對受到的數(shù)據(jù)進行判斷。如果數(shù)據(jù)正確，則放入接收緩沖區(qū)；否則，刪除數(shù)據(jù)。發(fā)送部分的工作是，查詢發(fā)送緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)，則每次發(fā)送一幀數(shù)據(jù)；否則，再次查詢。二、顯示模塊。該模塊用于將相關信息在 LCD 上顯示。模塊基于事件驅(qū)動，一旦發(fā)現(xiàn)事

26、件有效，則根據(jù)事件屬性確定待顯示的內(nèi)容以及相關信息，之后調(diào)用 LCD 驅(qū)動，以合適的格式顯示內(nèi)容。三、調(diào)試模塊。智能控制終端上的調(diào)試模塊與家庭網(wǎng)關上的核心一樣，區(qū)別是，二者支持的命令不一樣。四、控制模塊?？刂颇K是智能終端上最為核心的部分，所有對設備的操作最終都需要由該模塊來完成。該模塊分為執(zhí)行命令和獲取執(zhí)行結(jié)果兩部分。執(zhí)行命令部分的工作是，查詢是否有新命令需要執(zhí)行，如果有，則根據(jù)命令調(diào)用相關驅(qū)動程序；如果沒有，則繼續(xù)查詢。由于每一條命令執(zhí)行完之后，都要反饋執(zhí)行結(jié)果。所以，獲取執(zhí)行結(jié)果部分的工作是，在每條命令執(zhí)行完之后獲取對應的執(zhí)行結(jié)果。并且將執(zhí)行結(jié)果封裝打包，然后放入內(nèi)網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)中。其內(nèi)部

27、程序總體流程圖，如下圖所示： 圖4 智能控制模塊軟件流程圖控制終端相關驅(qū)動程序的設計（1）電力計量模塊驅(qū)動電力計量模塊在智能家居系統(tǒng)中的作用就是，實時記錄用電設備當前電參數(shù)。（a ）模塊功能：當前，支持的功能有以下幾個模塊，分別是：讀取當前電參數(shù)、讀寫設備號、讀寫波特率、清除歷史用電數(shù)據(jù)。其中，當前電參數(shù)包含電壓、電流、功率、因素、電量，均為瞬時值 ；讀寫設備號含有讀取和修改本電力計量模塊的設備號；讀寫波特率包括查詢當前通信波特率和修改通信波特率；清除歷史數(shù)據(jù)即為將歷史用電信息清零。（b）通信協(xié)議：MODBUS 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言，系統(tǒng)中選擇的計量模塊產(chǎn)品支持 MODBUS

28、- RTU 協(xié)議。所以， ARM 和電力計量模塊之間的通信協(xié)議采用 MODBUS- RTU。（c）控制過程： 圖5 與智能電表通信原理圖完整的交互過程如上圖所示：家電終端發(fā)送請求信息給 MODBUS 協(xié)議棧，議棧將請求信息解析成對應的 MODBUS- RTU 數(shù)據(jù)幀發(fā)送給電力計量模塊。電力量模塊將用戶終端請求的數(shù)據(jù)以 MODBUS- RTU 協(xié)議格式發(fā)送給 MODBUS 協(xié)議棧，協(xié)議棧再將數(shù)據(jù)封裝成相應幀上傳給用戶終端。 （2）電燈、電視機和空調(diào) (a) 電燈：電燈是由家電終端上的繼電器控制，繼電器打開和關閉分別代表開燈和關燈。收到開燈指令后，軟件通過設置繼電器控制管腳 上輸出電平的高低來控制

29、電燈的開和關。(b) 電視：電視是通過智能控制終端上的紅外遙控來控制。我們對電視遙控的編碼如下表所示： 表1 電視遙控編碼智能控制終端在接收到上述編碼后，首先將其翻譯成相應電視機的正確編碼并且進行調(diào)制，然后通過紅外發(fā)送給電視機，即完成對電視的控制。(c) 空調(diào)：控制空調(diào)的方式和電視一樣，也是通過紅外遙控。2.3 畢業(yè)設計擬采用方法和手段 實現(xiàn)手段：軟件編程采用C語言進行編程，編譯軟件采用keil4，使用proteus進行調(diào)試和在線仿真。芯片采用ARM7核微控制器，采用實時操作系統(tǒng)C/OS-進行裁剪、移植，顯示方面采用SMG240128A液晶屏，采用ZigBee作為局域聯(lián)網(wǎng)技術，使用萬維網(wǎng)作為遠

30、程接入技術。3. 畢業(yè)設計工作計劃及進度安排第1周查閱相關文獻、學習相關知識。第2周查閱相關文獻、開始撰寫開題報告及翻譯外文文獻。第3周 撰寫開題報告，確定課題設計方案。第4周完成開題報告及外文翻譯。第5周收集資料，確定控制平臺的操作系統(tǒng)功能。第6周裁剪操作系統(tǒng)并移植。第7周裁剪操作系統(tǒng)并移植。第8周結(jié)合系統(tǒng)硬件，編寫相應的驅(qū)動程序。第9周 結(jié)合系統(tǒng)硬件，編寫相應的驅(qū)動程序。第10周結(jié)合系統(tǒng)硬件，編寫相應的驅(qū)動程序。第11周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，編寫應用程序及操作界面。第12周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，編寫應用程序及操作界面。第13周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，編寫應用程序及操作界面。第14周調(diào)試

31、系統(tǒng)軟件，修改軟件。第15周調(diào)試系統(tǒng)軟件，修改軟件。第16周調(diào)試系統(tǒng)軟件，修改軟件。開始撰寫畢業(yè)論文。第17周撰寫并修改畢業(yè)論文。第18周完成畢業(yè)論文，準備答辯。4.主要參考文獻1 Kenneth P W. Home Automation and Utility Customer ServicesJ. Cutter Information Corporation, 1999(13).2 花鐵森. 智能家居系統(tǒng)核心技術探討J. 智能建筑電氣技術，2009(01)：92-98.3 呂京建嵌入式因特網(wǎng)技術的興起與前景今日電子2000，(增刊)：16184 徐士良，葛冰計算機軟件技術基礎J清華大學業(yè)出

32、版社2007-75K. Ramamiritham, J.A. Stankovic. Scheduling Algorithms and OperatingSystems Support for Real-time Systems. Proceeding of the IEEE. 1994,82(1):5567.6 Jean JLabrosse著，邵貝貝譯嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-(第二版)北京：北京航空航天大學出版社20037 冉漢政嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-在控制工程中的應用現(xiàn)代電子技，2003，13：84-868 范文. 淺談現(xiàn)在家居的智能化系統(tǒng)J. 安徽建筑，2008(5)：64-6

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