試論基于嵌入式的智能家居系統(tǒng)探究和實(shí)現(xiàn)

胡楠 任子真

摘要：智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域之一，它將獨(dú)立家用電器、安防設(shè)備連接成一個(gè)具有思想的整體，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的智能管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文筆者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)沒(méi)救智能家居系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)探討，希望可以給廣大讀者提供一些參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式;智能家居;家用電器

中圖分類號(hào)：TU855

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672 - 9129（2018）12 - 0096 - 01

1 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)間不斷的流逝，技術(shù)也在不斷的更新，智能家居的研究現(xiàn)階段正處在一個(gè)萬(wàn)紫千紅的場(chǎng)景。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在市場(chǎng)的引導(dǎo)下智能家居系統(tǒng)會(huì)逐漸的向用戶需求及用戶體驗(yàn)的方向進(jìn)行發(fā)展，用戶最為智能家居系統(tǒng)的最終使用者，智能家居的就是未用服務(wù)最為開(kāi)發(fā)的宗旨。未來(lái)智能家居的發(fā)展將具有極大的市場(chǎng)前景，同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2 嵌入式技術(shù)的概念

如今，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)時(shí)，會(huì)根據(jù)過(guò)自己國(guó)家的國(guó)情與市場(chǎng)需求，而設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案。本文在根據(jù)上節(jié)的技術(shù)方案以及個(gè)人水平，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要應(yīng)用了嵌入式技術(shù)、ZigBee技術(shù)、傳感器技術(shù)、遠(yuǎn)程Web控制技術(shù)、Qt應(yīng)用界面等幾種技術(shù)，主要解決了系統(tǒng)的易擴(kuò)展性、升級(jí)等問(wèn)題。

在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式處理器是核心，它負(fù)責(zé)控制和輔助系統(tǒng)的運(yùn)行。嵌入式處理器由初期的4位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在深受廠商與開(kāi)發(fā)者喜愛(ài)的32位機(jī)和64位機(jī)。嵌入式處理器一般具備以下四個(gè)特點(diǎn)：1）能完成實(shí)時(shí)多任務(wù)、響應(yīng)中斷時(shí)間較短;2）具有很強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，有利于軟件診斷;3）具有以較短的時(shí)間開(kāi)發(fā)出滿足需要應(yīng)用的能力;4）功耗角較低，這便可以攜帶具有嵌入式處理器的設(shè)備，如今的手機(jī)、筆記本電腦等等。目前常見(jiàn)的嵌入式處理器有x86、PowerPC、MIPS、ARM、sc -400、386EX等。

ARM系列芯片由于其強(qiáng)大的性能與低功耗的特點(diǎn)，如今把持著手機(jī)處理器95%以上的市場(chǎng)份額，筆記本處理器20%的市場(chǎng)份額，平板電腦80%的市場(chǎng)份額。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇ARMCortexA8S5 PV210處理器作為智能網(wǎng)關(guān)/中心控制模塊的主控處理器。這是因?yàn)榇薃RM處理器與其他系列微處理器相比性價(jià)比高、功耗較低、開(kāi)發(fā)廠商較多、開(kāi)發(fā)難度較低、市場(chǎng)份額大，這樣便于以后系統(tǒng)軟件的升級(jí)，不需要為處理器的能不足而擔(dān)心。

眾多的嵌入式操作系統(tǒng)都可以移植進(jìn)ARM開(kāi)發(fā)板中，主流的嵌入式操作系統(tǒng)有VxWorks、Linux、WinCE、andriod等。在這些系統(tǒng)中，Linux由于其支持眾多系列處理器、內(nèi)核小、完全開(kāi)源、功能強(qiáng)大、開(kāi)發(fā)者眾多、系統(tǒng)運(yùn)行快速且穩(wěn)定、可定制性高等特點(diǎn)而受到廠家與開(kāi)發(fā)者的青睞。近幾年來(lái)Google推出的Andriod系統(tǒng)在手機(jī)和平板電腦可謂是大放異彩，在整個(gè)手機(jī)操作系統(tǒng)中獨(dú)占鰲頭，Andriod是基于Linux內(nèi)核而定制開(kāi)發(fā)的。因此本文系統(tǒng)中選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。

3 智能家居系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)探究

3.1 應(yīng)用程序編寫環(huán)境。VS2005集成開(kāi)發(fā)工具用于開(kāi)發(fā)智能家居中嵌入式服務(wù)端程序及嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核裁剪及定制編譯工作。VS2005集成開(kāi)發(fā)工具是應(yīng)用在Windows窗口平臺(tái)上的一款窗口界面化的集成開(kāi)發(fā)工具，適合進(jìn)行應(yīng)用軟件程序的設(shè)計(jì)與研發(fā)使用，而且具有多平臺(tái)合作開(kāi)發(fā)程序的功能特點(diǎn)。

3.2 智能家居人機(jī)接口設(shè)計(jì)。智能家居人機(jī)接口設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中相應(yīng)硬件設(shè)備的控制，采用MFC開(kāi)發(fā)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序軟件界面程序的開(kāi)發(fā)，程序開(kāi)發(fā)的過(guò)程下面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

打開(kāi)VS2005集成開(kāi)發(fā)工具，新建MFC應(yīng)用程序工程文件，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。建立新的項(xiàng)目時(shí)，對(duì)項(xiàng)目自行添加名稱和存儲(chǔ)位置填寫完成后按照軟件提示方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目工程的搭建，期間在軟件開(kāi)發(fā)包支持界面時(shí)，將系統(tǒng)平臺(tái)選項(xiàng)加入進(jìn)工程文件同時(shí)移除pocketpc2003選項(xiàng)。

選擇程序軟件界面上的下一步按鈕，在下一個(gè)界面內(nèi)選擇待開(kāi)發(fā)的程序資源種類及采用的編程語(yǔ)言，選擇MFC應(yīng)用設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，在MFC程序設(shè)計(jì)方式中Applicationtype使用“Dialoghased”設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的窗口整體界面風(fēng)格，ResourceLanguage使用“中文（中國(guó)）”，用于展示在界面窗口中的語(yǔ)言顯示，顯示為中文能夠更加友好的支持大家對(duì)軟件的使用，增強(qiáng)軟件界面的交互性，其他項(xiàng)目使用默認(rèn)選項(xiàng)。

待其他選擇項(xiàng)都選擇好以后，單擊Next按鈕，根據(jù)界面引導(dǎo)完成整個(gè)工程

解決方案的建立。項(xiàng)目建成后，它將自動(dòng)進(jìn)入IDE環(huán)境。

在熟悉開(kāi)發(fā)工具的功能后，開(kāi)始進(jìn)行應(yīng)用程序界面的設(shè)計(jì)。由于MFC搭建圖形界面是具有靈活方便的器件控件庫(kù)，所以在圖形界面設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)拖拽控件器件的方式完成，具有信息窗口、報(bào)警、家電控制、設(shè)置等功能區(qū)域組成。界面其他部件通過(guò)器件庫(kù)添加到對(duì)話框內(nèi)完成。對(duì)于代碼部分進(jìn)行編寫時(shí)，只需要通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊控件進(jìn)入代碼編輯窗口進(jìn)行功能代碼的編寫即可。

3.3 GSM無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能主要是借助現(xiàn)有的成俗模塊CSM模塊，以運(yùn)營(yíng)商短消息方式遠(yuǎn)程異地傳遞數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)界限實(shí)施報(bào)警提醒展示，確保使用者安全使用及時(shí)查看異常報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)于傳感器信息采集報(bào)警及家用電器未關(guān)閉等遠(yuǎn)距離短信報(bào)警功能。GSM模塊具有高穩(wěn)定性、高時(shí)效性，為智能家居無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸不受地理因素的影響，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警信息傳輸。

3.4 客戶端視頻監(jiān)控軟件。智能家居客戶端程序即計(jì)算機(jī)端的視頻圖像監(jiān)控應(yīng)用軟件的程序設(shè)計(jì)，Delphi集成開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行代碼程序的開(kāi)發(fā)，其由Borland公司研制的用于可視化界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的編程工具。因?yàn)槠渚哂袕?qiáng)大的庫(kù)資源使得程序開(kāi)發(fā)速度快、軟件人性化更強(qiáng)使用戶使用更加便捷，成為主要的客戶端開(kāi)發(fā)工具。Delhi與c++一樣都是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，開(kāi)發(fā)環(huán)境與VS2005極具像是都集成了Windows操作系統(tǒng)的界面特點(diǎn)及思想因數(shù)。其集成開(kāi)發(fā)工具同樣是具有豐富的控件庫(kù)，用戶可以通過(guò)選取器件迅速搭建及實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。所以PC端視頻應(yīng)用程序使用Delphi編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中的客戶終端，網(wǎng)絡(luò)通信是通過(guò)Delphi中的TCP控制。TCPCLient控制是完成這個(gè)操作所需的步驟為：（1）建立與智能家居嵌入式服務(wù)端之間的數(shù)據(jù)傳遞通道。（2）實(shí)現(xiàn)為嵌入式服務(wù)端傳輸數(shù)據(jù)信息及建立數(shù)據(jù)輪詢通信機(jī)制。（3）在整個(gè)視頻數(shù)據(jù)信息傳輸完成后客戶端網(wǎng)絡(luò)傳輸完成，結(jié)束本次數(shù)據(jù)通信過(guò)程。

3.5 家電控制及傳感器模塊。傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息采集后使用標(biāo)準(zhǔn)串口單元為嵌入式核心控制器傳送數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息的傳輸單元為字節(jié)，嵌入式核心處理對(duì)數(shù)據(jù)接收處理后通過(guò)另外一個(gè)串口單元為無(wú)線通信模塊發(fā)送短信編碼信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)短信報(bào)警;對(duì)于家電設(shè)備的控制過(guò)程是嵌入式核心處理器與家電控制模塊的單片機(jī)核心處理器之間使用標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行連接，二者定義自己的私有通信協(xié)議后使用串口傳輸字符型數(shù)據(jù)信息，然后處理器在接收到數(shù)據(jù)信息后進(jìn)行分析處理，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容和要求打開(kāi)相應(yīng)的LED，以表示對(duì)應(yīng)的家電的電源的打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的控制操作。

以上筆者基于嵌入式的概念，對(duì)基智能家居系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析，由于本人閱歷有限，分析中可能存在很多不足之處，在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中會(huì)繼續(xù)不斷完善。