尹虎 于娟 戚明珠

（威海北洋電氣集團(tuán)股份有限公司 山東省威海市 264200）

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使社會(huì)生活呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，科技服務(wù)已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶當(dāng)中，智能化系統(tǒng)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，是人們?cè)诜课菅b置當(dāng)中更為需要的家居體系。智能家居是以住宅為平臺(tái)，引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、音頻視頻技術(shù)，進(jìn)行融合型的家居構(gòu)造與智能化管理。通過(guò)便捷性APP可以使得住戶遠(yuǎn)程控制家電，并以自動(dòng)提醒、自動(dòng)報(bào)警的方式規(guī)避家庭住宅中煤氣泄漏、門(mén)窗未密閉風(fēng)險(xiǎn)。因而，智能家居已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，逐漸改變了人們生活與工作的方式。對(duì)此，本文將詳細(xì)探究利用超低功耗的嵌入式處理器進(jìn)行智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如何滿足用戶高效便捷安全的智能生活。

1 智能家居發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)起步較晚，二十世紀(jì)末才將智能家居概念引入國(guó)內(nèi)，海爾集團(tuán)、長(zhǎng)虹公司陸續(xù)推出了智能家居體系，2015年華為公司開(kāi)始獨(dú)立開(kāi)發(fā)智能家居品牌，隨后小米、百度、360、騰訊、京東、美的等公司也相應(yīng)推出智能家居產(chǎn)品。20年來(lái)，我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)從一無(wú)所有到開(kāi)始引進(jìn)智能家居概念，而后經(jīng)由各大優(yōu)勢(shì)廠牌的推進(jìn)與發(fā)展，使得我國(guó)智能家居逐漸成為產(chǎn)業(yè)鏈，并與新時(shí)期大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云空間、5G通信、智能語(yǔ)音等技術(shù)相融合，使我國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。但目前智能家居主要分布在一線城市，智能家居技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一且成本較高，智能家居體系建立未能完善。但隨著人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)等新興技術(shù)不斷發(fā)展，5G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，都深刻影響著智能家居的未來(lái)發(fā)展。就目前智能家居未來(lái)發(fā)展現(xiàn)狀而言，各廠牌之間的通信力度不斷強(qiáng)化，智能家居技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠逐漸趨于統(tǒng)一，且未來(lái)智能家居已經(jīng)朝著全民化方向發(fā)展，低成本、低功耗、便捷、智能、安全、舒適等特點(diǎn)已經(jīng)成為人們選擇智能家居的重要原因。除此之外，新技術(shù)的不斷推出，使得智能家居體系包含了更多智能控制方式，擴(kuò)大了智能控制范圍，使得智能家居體系更完善。

2 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)與整體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)基本需求分析

智能家居主要發(fā)揮了計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與家電設(shè)備進(jìn)行協(xié)同工作，使得家居設(shè)備能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制方式，進(jìn)行家居設(shè)備的開(kāi)關(guān)與調(diào)節(jié)。例如，可以通過(guò)手機(jī)、電腦，遠(yuǎn)程打開(kāi)家中電器設(shè)備，調(diào)節(jié)室溫，對(duì)空調(diào)、電視等電器設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。除此之外，智能家居能夠?qū)彝?nèi)部環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，從溫度、濕度、光照強(qiáng)度等方面入手，通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)，進(jìn)而營(yíng)造最適宜家居的環(huán)境。智能家居還能夠利用其安防看護(hù)功能，照顧家中老人、小孩與寵物，性價(jià)比較高。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

智能家居體系通過(guò)服務(wù)端與客戶端對(duì)家居內(nèi)部加電網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行總體控制，并根據(jù)家居環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的采集，與防盜預(yù)警系統(tǒng)相連接，提高智能家居安全防護(hù)能力。其中PC客戶端主要是為了服務(wù)智能家居的用戶，與其之間形成交流互動(dòng)，在客戶端頁(yè)面當(dāng)中進(jìn)行用戶信息注冊(cè)登記，讓用戶了解家庭內(nèi)部溫度、濕度、光照等相關(guān)信息，獲取攝像頭內(nèi)容。嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能夠強(qiáng)化數(shù)據(jù)傳輸能力，使家電模擬端與客戶端之間形成有效的數(shù)據(jù)傳輸通道，將視頻內(nèi)容、音頻內(nèi)容、數(shù)據(jù)信息、傳感器數(shù)據(jù)等相應(yīng)情況傳遞到客戶端。同時(shí)，用戶能夠注冊(cè)登錄進(jìn)行密碼修改。Wi-Fi無(wú)線傳輸主要是進(jìn)行服務(wù)器與家電模擬端的數(shù)據(jù)透?jìng)?。家電模擬器能夠?qū)彝?nèi)部濕度溫度光照進(jìn)行循環(huán)采集，并通過(guò)Wi-Fi傳輸給服務(wù)器。

2.3 嵌入式技術(shù)

2.3.1 嵌入式系統(tǒng)框架

嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建需要整合計(jì)算機(jī)技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)搭建，進(jìn)行軟件與硬件的設(shè)計(jì)，提高CPU存儲(chǔ)器的整體性能，并聯(lián)合軟件系統(tǒng)當(dāng)中操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模式優(yōu)化。嵌入式系統(tǒng)依據(jù)用戶的具體需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬與運(yùn)算，大大降低了功耗，且具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。利用人機(jī)交互模式，通過(guò)函數(shù)接口，進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)。

2.3.2 ARM處理器與其體系結(jié)構(gòu)

ARM以微控制器行業(yè)為主，具備性能高、價(jià)格低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)32位的RISC處理器進(jìn)行精簡(jiǎn)指令發(fā)布。嵌入式處理器內(nèi)部包含MCU、MPU、DSP、SOC等系統(tǒng)，根據(jù)不同場(chǎng)合啟動(dòng)不同類的處理器。ARM體系結(jié)構(gòu)主要以工作模式、工作狀態(tài)、指令系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其執(zhí)行指令定長(zhǎng)且執(zhí)行指令的數(shù)目較少，使得處理器的執(zhí)行處理速度較快，存儲(chǔ)量大。

2.4 無(wú)線通信Wi-Fi技術(shù)

無(wú)線通信Wi-Fi可靠性高，數(shù)據(jù)沖突與數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等出現(xiàn)頻率極低，物理兼容性強(qiáng)，且成本低、功耗低。以SOC芯片為基礎(chǔ)的Wi-Fi無(wú)線傳輸，能夠兼容Wi-Fi2012版本，該技術(shù)的安全性較高，可以通過(guò)加密技術(shù)來(lái)保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕已訒r(shí)短。在通信與搜索設(shè)備下，其延遲等待時(shí)間較短。

2.5 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)當(dāng)中，以網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為基礎(chǔ)，可以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸中的差錯(cuò)，并對(duì)其進(jìn)行糾正，該技術(shù)借助傳輸層協(xié)議進(jìn)行三次握手和四次揮手，以保障通信連接穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。這對(duì)于需要大量數(shù)據(jù)傳輸且保障數(shù)據(jù)傳輸精準(zhǔn)無(wú)誤，能夠及時(shí)通知用戶，并進(jìn)行賬戶管理的智能家居體系而言，是極為必要的。在網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程當(dāng)中，采取Socket編程技術(shù)，通過(guò)特殊的文件描述，溝通兩臺(tái)主機(jī)之間的通信通道，以流式套接字、數(shù)據(jù)報(bào)套接字、原始套接字等方式為基礎(chǔ)，進(jìn)行IP地址訪問(wèn)。將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融入到智能家居體系當(dāng)中，能夠最大化地實(shí)現(xiàn)嵌入式服務(wù)器與智能家居其他模塊之間的連接。

3 智能家居硬件系統(tǒng)

3.1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊

以Exynos4412為核心處理器的嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊，搭載三星Exynos4412四核處理器，利用32位的RISC處理器進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)載，同時(shí)連接DDRⅢ雙通道64bit內(nèi)存單元、eMMC存儲(chǔ)單元、USB HUB芯片USB3503、Samsung電源管理芯片S5M8767四個(gè)單元，并配以外圍設(shè)備版的相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行服務(wù)器模塊的整體搭建，從而構(gòu)建出嵌入式Linux系統(tǒng)。通過(guò)USB接口將攝像頭與服務(wù)器相連接，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與攝像頭互聯(lián)互通，完成視頻采集，溝通家電模擬之間的信息通道。

3.2 無(wú)線通信模塊

以CC2530為核心處理器，能夠支持Wi-Fi2012協(xié)議的無(wú)線視頻，單片機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且電壓就低兼容性較強(qiáng)，功耗較低。通過(guò)無(wú)線通信的接口，能夠進(jìn)行AD采樣實(shí)驗(yàn)、串口實(shí)驗(yàn)。利用天線進(jìn)行無(wú)線信號(hào)接收，同時(shí)能夠外接傳感器。該硬件設(shè)備整體體積較小，重量較輕，拓展性與可靠性較強(qiáng)。以Wi-Fi為基礎(chǔ)，打造智能家居體系、無(wú)線通信模塊，進(jìn)行內(nèi)部設(shè)備無(wú)線連接，功耗消耗低、能組網(wǎng)，能夠滿足家庭內(nèi)部智能家居的設(shè)備需求。

3.3 視頻監(jiān)控模塊

視頻監(jiān)控模塊主要是利用攝像頭與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將視頻的實(shí)時(shí)畫(huà)面?zhèn)鬏斨劣脩舳?，以便于用戶能夠觀察家中內(nèi)部情況。因而在攝像頭的選擇上，需要滿足穩(wěn)定性高、傳輸數(shù)速率快等特點(diǎn)。同時(shí)，攝像頭需要帶有USB接口，能夠與網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備相連接。因而從成本方面考慮，是攝像頭不需要投入過(guò)高成本，滿足用戶基本使用情況即可。通過(guò)USB端口將攝像頭與網(wǎng)絡(luò)相連接并與家電模擬端進(jìn)行妥善連接。進(jìn)而客戶端能夠接收到攝像頭的視頻信息數(shù)據(jù)。在攝像頭的選擇上，只要滿足用戶能夠清楚觀看智能家居內(nèi)部基本情況即可。攝像頭通過(guò)USB口與嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊相連接，將視頻數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器。

3.4 家電模擬模塊

在家電設(shè)備模擬板塊主要以家電設(shè)備、電路板和DHT11溫濕度傳感器為主。LPC11C14微控制器電路板不需要借助外部振蕩器也能夠進(jìn)行工作，其功耗較低、性能較好，具備簡(jiǎn)單指令集與統(tǒng)一尋址等優(yōu)點(diǎn)，并降低了代碼長(zhǎng)度。因而，能夠契合智能家居的需求。溫濕度傳感器主要集成了數(shù)字模塊采集技術(shù)、溫濕度傳感技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)信號(hào)輸出校準(zhǔn)，使得溫濕度傳感器的可靠性與穩(wěn)定性大大提高。在家電模擬板塊上，利用電路板、蜂鳴器、溫濕度傳感器、光敏傳感器，能夠完成對(duì)智能家居內(nèi)部家電的控制與家居環(huán)境信息采集，并能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)信息傳輸至用戶客戶端。

4 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件總體設(shè)計(jì)框圖

在進(jìn)行嵌入式智能家居組建過(guò)程當(dāng)中，軟件部分與硬件部分在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中的具有極其重要的作用。硬件部分與軟件部分緊密相連，二者完美結(jié)合才能夠推進(jìn)智能家居系統(tǒng)運(yùn)行。軟件總體設(shè)計(jì)框圖以Wi-Fi無(wú)線通信、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控與以太網(wǎng)通信為基礎(chǔ)，通過(guò)Wi-Fi無(wú)線通信連接家電控制端，并與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、以太網(wǎng)通信系統(tǒng)共同連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端。以太網(wǎng)通信同時(shí)需要連接PC客戶端。

4.2 系統(tǒng)通信協(xié)議

系統(tǒng)通信協(xié)議需要包含客戶端與服務(wù)器之間的通信協(xié)議和服務(wù)器與家電控制端的通信協(xié)議。通過(guò)統(tǒng)一的通信協(xié)議，才能夠保障智能家居系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高，在客戶端與服務(wù)器之間通過(guò)TCP協(xié)議通信連接，并與應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)包格式定義，并兼有確認(rèn)機(jī)制。數(shù)據(jù)包格式應(yīng)包括報(bào)文類型、功能號(hào)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)內(nèi)容。其中，報(bào)文類型主要指的是通信雙方身份，功能號(hào)是指用戶進(jìn)行何種操作，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是指數(shù)據(jù)包當(dāng)中JSON格式的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與大小，數(shù)據(jù)內(nèi)容是指數(shù)據(jù)包所攜帶的數(shù)據(jù)信息。服務(wù)器與家電控制端的通信協(xié)議數(shù)據(jù)包格式內(nèi)設(shè)有設(shè)備編號(hào)信息，通過(guò)設(shè)備編號(hào)進(jìn)行同類設(shè)備區(qū)分。

4.3 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

智能家居體系以QT為應(yīng)用程序，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。該程序利用信號(hào)與槽取代GUI工具包，以回調(diào)函數(shù)進(jìn)行程序編寫(xiě)，使得通信程序編寫(xiě)更為簡(jiǎn)單。利用Qt Creator進(jìn)行主頁(yè)面開(kāi)發(fā)，將頭文件、源文件界面、文件資源以及其他文件加入到創(chuàng)建的工程之內(nèi)。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成后，利用客戶端進(jìn)行用戶信息注冊(cè)與存儲(chǔ)，同時(shí)能夠在客戶端頁(yè)面將溫濕度、光照信息、天氣、日期、家電具體情況等基礎(chǔ)信息進(jìn)行整合顯示。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，還能夠與智能家居系統(tǒng)其他家居電器相結(jié)合，優(yōu)化自動(dòng)花草澆水，自動(dòng)控制電器電源開(kāi)關(guān)、自動(dòng)控制家庭網(wǎng)絡(luò)、家庭影院與家庭影音視頻等。在對(duì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，可以聯(lián)通家居內(nèi)部的各類電器，對(duì)其進(jìn)行總體設(shè)計(jì)與分項(xiàng)管理。能夠通過(guò)應(yīng)用程序?qū)€(gè)人健康進(jìn)行整體管理，監(jiān)測(cè)家居體系內(nèi)部人員每日運(yùn)動(dòng)量，測(cè)量血壓、血脂、體脂率等。同時(shí)對(duì)家庭的寵物、老人、小孩進(jìn)行遠(yuǎn)程照看。以與智能語(yǔ)音等方式進(jìn)行家電控制，家庭電器的開(kāi)關(guān)與調(diào)節(jié)都可以通過(guò)語(yǔ)音控制實(shí)現(xiàn)。除此之外，電器系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、窗簾、門(mén)禁、空調(diào)、太陽(yáng)能等，都可以借助應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程手機(jī)、電腦控制，在服務(wù)器當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行源代碼開(kāi)發(fā)，在主頁(yè)面內(nèi)將各類家具控制系統(tǒng)融入其中。

4.4 服務(wù)器程序的設(shè)計(jì)

服務(wù)器程序設(shè)計(jì)關(guān)乎智能家居系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)，是數(shù)據(jù)交互的核心，能夠完成客戶端與家電模擬編織之間的數(shù)據(jù)分析處理。開(kāi)啟服務(wù)器程序運(yùn)營(yíng)端，進(jìn)入客戶端連接服務(wù)器，并與家電模擬端的數(shù)據(jù)包相連接，通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析，從而能夠獲知用戶的基本信息，如家電控制開(kāi)關(guān)、攝像頭、溫濕度、光照等相關(guān)數(shù)據(jù)。

客戶端運(yùn)行界面主要包含登陸主界面、控制子界面、視頻子界面等。登錄界面需要包含端口設(shè)置，用于用戶注冊(cè)、登錄、密碼設(shè)置。通過(guò)端口進(jìn)行服務(wù)器IP和端口連接，從而在服務(wù)器之間搭建溝通橋梁，完成用戶注冊(cè)，將用戶名稱、密碼、手機(jī)號(hào)等基本信息錄入到系統(tǒng)當(dāng)中。服務(wù)器當(dāng)中，家電模擬端需要進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，通過(guò)循環(huán)讀取Wi-Fi串口家電模擬端的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行基礎(chǔ)信息分析，將實(shí)時(shí)工作信息進(jìn)行及時(shí)整理，隨后將客戶端與服務(wù)器之間的通信信息進(jìn)行打包，發(fā)送至客戶終端平臺(tái)。

4.5 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)功能軟件設(shè)計(jì)

Wi-Fi以IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為主，該開(kāi)發(fā)環(huán)境是交叉編譯器的一款，與其他編譯器相比，IAR具有完整、穩(wěn)定、容易使用等特點(diǎn)，是專業(yè)嵌入式應(yīng)用最為適宜使用的開(kāi)發(fā)工具。通過(guò)Wi-Fi終端進(jìn)行LPC11C14微處理器開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行硬件環(huán)境測(cè)試，并搭配GBE協(xié)調(diào)器，以串口調(diào)試助手的軟件環(huán)境為基礎(chǔ)，進(jìn)行整體的通信測(cè)試。Wi-Fi作為調(diào)節(jié)器，通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口與嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間搭建橋梁。溝通嵌入式服務(wù)器端，通過(guò)透?jìng)髂Ｊ綄⒎?wù)器與家電模擬端之間進(jìn)行互通。通過(guò)API總線形式進(jìn)行家電模擬端信處理。由此，需要率先在調(diào)節(jié)器與終端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行組網(wǎng)，利用調(diào)節(jié)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組件初始化。并通過(guò)信道掃描、選擇信道、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)等步驟，進(jìn)行協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建。在終端節(jié)點(diǎn)，通過(guò)申請(qǐng)的方式加入設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，有此能夠通過(guò)Wi-Fi進(jìn)行通信。

4.6 家電模擬端軟件設(shè)計(jì)

ARM公司率先推出RealView MDK，是微控制器專業(yè)嵌入式開(kāi)發(fā)工具。將RVCT作為基礎(chǔ)工具進(jìn)行軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，該工具在編輯、工程管理以及編輯方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行家電模擬端軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，利用Wi-Fi與服務(wù)器之間進(jìn)行無(wú)線連接，并通過(guò)串口連接的方式，將其作為協(xié)調(diào)器API總線，用于Wi-Fi的終端節(jié)點(diǎn)。因而，通過(guò)API即可完成與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互。在家電模擬端，需要將溫濕度、光照信息等基本情況通過(guò)服務(wù)器傳輸?shù)胶笈_(tái)，后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，從而利用功能號(hào)進(jìn)行功能操作。例如，在進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)時(shí)，操作完畢以后服務(wù)器會(huì)發(fā)送確認(rèn)包，在后臺(tái)錄入操作已完成等相關(guān)信息。

4.7 智能家居語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)控制，以單片機(jī)為核心，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別模塊建立，從而讓智能家居系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)器能夠精準(zhǔn)識(shí)別的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)在語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中錄入多種方言，以滿足各類人群的需要。通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音結(jié)果識(shí)別，而后經(jīng)由無(wú)線發(fā)送模塊將識(shí)別結(jié)果傳送到其他單片機(jī)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居內(nèi)部家電控制的目的。由此，依托單片機(jī)主控模塊為基礎(chǔ)性核心部分，并裝置電源模塊接收端用以提供電能，以語(yǔ)音識(shí)別模塊為基礎(chǔ)，對(duì)其輸入識(shí)別語(yǔ)音的命令，并經(jīng)由無(wú)線模塊進(jìn)行信息傳送。由此，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、智能家居控制與串口通信技術(shù)是在進(jìn)行智能家居語(yǔ)音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中至關(guān)重要的技術(shù)內(nèi)容。在語(yǔ)音識(shí)別部分裝有無(wú)線模塊、家居連接端、程序下載接口、晶振、瓷片、電容電阻等器件。在智能家居體系當(dāng)中，選擇需要進(jìn)行語(yǔ)音控制的家居內(nèi)容，系統(tǒng)根據(jù)家居產(chǎn)品目前所處狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)活動(dòng)，而后發(fā)出指定的語(yǔ)音識(shí)別命令，對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)音控制。

5 智能家居的嵌入式系統(tǒng)搭建

5.1 交叉編譯環(huán)境的搭建

交叉編譯是由于開(kāi)發(fā)階段與運(yùn)行環(huán)境所使用的服務(wù)器版本有所不同，因而需要以交叉編譯的方式強(qiáng)化服務(wù)器后期運(yùn)營(yíng)的整體環(huán)境。交叉編譯工具可以選擇從網(wǎng)絡(luò)上下載進(jìn)行交叉環(huán)境的搭建。在ubuntu當(dāng)中借助cd～命令進(jìn)入home目錄當(dāng)中，創(chuàng)建toolchain目錄。隨后，將交叉編譯壓縮包添加到該目錄之下并進(jìn)行解壓，然后添加環(huán)境變量，并重啟配置文件。交叉編譯程序安裝好之后，即可在其他平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。

5.2 tftp和 nfs環(huán)境的搭建

tftp是簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議，主要是將下載內(nèi)核鏡像和設(shè)備樹(shù)等相關(guān)文件傳送至開(kāi)發(fā)板之上。該服務(wù)器是建立在ubuntu之上的，虛擬機(jī)和外網(wǎng)需要聯(lián)通ubuntu與網(wǎng)絡(luò)，且需要保證DNS配置正確。在安裝tftp服務(wù)軟件時(shí)，需要保證客戶端與服務(wù)器都安裝成功。隨后需要進(jìn)行tftp服務(wù)軟件權(quán)限和參數(shù)的設(shè)定，創(chuàng)建tftpboot根目錄，改變服務(wù)軟件的權(quán)限，并轉(zhuǎn)變其服務(wù)路徑。以系統(tǒng)驗(yàn)證的方式進(jìn)行tftp程序檢驗(yàn)。nfs是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠直接利用系統(tǒng)服務(wù)器上的文件，極為適用于程序調(diào)試與文件系統(tǒng)，其安裝程序與tftp大致相同。

5.3 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植

嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植需要先進(jìn)行Boot loader移植。需要在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中下載U-boot，將其放入U(xiǎn)buntu當(dāng)中進(jìn)行解壓。解壓之后，通過(guò)指定的交叉編譯工具鏈對(duì)其進(jìn)行Makefile修改，將產(chǎn)品的CPU嵌入到程序當(dāng)中。引導(dǎo)程序源碼，并指定對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)板創(chuàng)建文件，增加ARM板的外設(shè)支持，全部完成后即可進(jìn)行make編譯。內(nèi)核移植方面需要下載內(nèi)核壓縮文件，修改Makefile文件，并添加交叉編譯鏈，通過(guò)mack menuconfig進(jìn)行內(nèi)核配置。對(duì)內(nèi)核進(jìn)行編譯，應(yīng)對(duì)設(shè)備數(shù)文件進(jìn)行修改，將內(nèi)核文件與設(shè)備樹(shù)文件拷貝到tftpboot目錄之下，修改啟動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行內(nèi)核移植。

5.4 SQLite3和JSON的移植

SQLite3作為開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)文件，其功能較為強(qiáng)大，體積小、運(yùn)行快、性能優(yōu)，利用該系統(tǒng)能夠較為容易備份。在嵌入式智能家居體系當(dāng)中，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行智能家居系統(tǒng)整合更具優(yōu)勢(shì)，也是最為常用的嵌入式輕型數(shù)據(jù)庫(kù)。利用交叉編譯器進(jìn)行SQLite3庫(kù)的交叉編譯，從網(wǎng)上下載數(shù)據(jù)庫(kù)的壓縮包，并進(jìn)行源碼包目錄解壓，創(chuàng)建home目錄，保存生成的文件。將生成的動(dòng)態(tài)庫(kù)加入到系統(tǒng)的目錄當(dāng)中，隨后在服務(wù)器程序開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行指令執(zhí)行。

JSON是輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，在編寫(xiě)和閱讀方面具有較大優(yōu)勢(shì)，記憶解析與生成作為數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言而言是極為理想的，能夠強(qiáng)化智能家居嵌入式體系的客戶端與服務(wù)器之間的通信協(xié)議中數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能家居體系實(shí)質(zhì)上是以遠(yuǎn)程控制家電、視頻安全防護(hù)、環(huán)境數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)的，新型家居智能環(huán)境。以嵌入式系統(tǒng)作為智能家居的處理器，用以維護(hù)服務(wù)器程序的整體運(yùn)營(yíng)環(huán)境，并連接攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控畫(huà)面?zhèn)鬏敚褂脩裟軌蛄私饧揖觾?nèi)部情況。通過(guò)Wi-Fi進(jìn)行無(wú)線通信搭建，聯(lián)通服務(wù)器、客戶端、家電模擬端。并通過(guò)各類編程方案進(jìn)行智能家居體系的搭建與設(shè)立。嵌入式智能家居體系在成本、功耗、性能等方面皆占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。在物聯(lián)化、智能化、集成化的未來(lái)，家居體系必然成為人們生活當(dāng)中必不可少的家居內(nèi)容。