嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜洪濤

摘要：隨著科技進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，智能化的生活方式已被人們所接受并且受到人們的推崇。智能技術(shù)從一開始在生產(chǎn)工作中的運(yùn)用，逐漸向家居生活方面延伸，以此實(shí)現(xiàn)家居智能化。嵌入式智能家居系統(tǒng)使人們在外出的情況下，可以對家中情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，借助智能控制系統(tǒng)提供的周圍環(huán)境與家中情況的數(shù)據(jù)，人們可以遠(yuǎn)程操控家里的電器、門窗、電源等。以達(dá)到節(jié)約能源、安全防護(hù)、合理安排時(shí)間的目的。

關(guān)鍵詞：智能家居；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；問題

引言：

目前，智能家居理念正在逐漸普及，智能家居方面的應(yīng)用也在增加，但是也呈現(xiàn)出了一些問題，在住戶隱私資料保密措施、遠(yuǎn)程控制操作復(fù)雜、實(shí)際運(yùn)行效率低、系統(tǒng)自動(dòng)化差、智能電器間缺乏各環(huán)節(jié)之間的配合度、操作方式單一簡單等等。這些問題讓人們在實(shí)際運(yùn)用中并沒有完全得到方便、快捷、舒適的體驗(yàn)感受。家居智能化已經(jīng)成為未來發(fā)展的一大趨勢，通過對目前所產(chǎn)生的問題的了解，本文將簡要介紹一種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并對嵌入式智能家居提出一些建議。

一、關(guān)于嵌入式智能家居控制系統(tǒng)

家居智能系統(tǒng)主要由門禁系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊與通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)這幾個(gè)系統(tǒng)組成。其管理對象是家中的電器設(shè)備，比如空調(diào)、指紋解鎖門、智能清掃機(jī)器人等。相比較過去的電器設(shè)備一般都需要人們近距離控制、手動(dòng)操作的繁瑣，智能家居的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)性能大大減輕了人們的家務(wù)量，使生活更加方便，省下了更多的時(shí)間[1]。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的主要流程是各個(gè)小系統(tǒng)的傳感器對接收到的信號進(jìn)行處理，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換后再次處理，S3C2440處理器接收信號后又進(jìn)行處理和信號轉(zhuǎn)換，傳送給執(zhí)行器以及通過GPRS傳送到用戶手機(jī)智能終端，電器便能自動(dòng)對信號進(jìn)行反應(yīng)或者按照用戶遠(yuǎn)程指令照做。

（一）系統(tǒng)硬件

以ARM920T為內(nèi)核的S3C2440處理器作為主要的控制芯片和控制平臺，其內(nèi)部有多個(gè)控制器的接口，方便與器件聯(lián)系，與電源聯(lián)通后，控制平臺通過寬帶或無線網(wǎng)聯(lián)系到Internet，再與Web瀏覽器和遠(yuǎn)程控制客戶端相連接。GPRS是該系統(tǒng)連接內(nèi)外的主要模塊，使用戶在戶外也能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。USB攝像頭負(fù)責(zé)采集住宅內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)，各感應(yīng)器時(shí)時(shí)對特殊情況進(jìn)行感應(yīng)，在緊急情況發(fā)生的時(shí)候便觸發(fā)住宅內(nèi)的報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)系物業(yè)，并通過GPRS系統(tǒng)及時(shí)向住戶發(fā)送短信或者APP信息。該系統(tǒng)選用3.8寸的液晶屏，保證人機(jī)之間的信息交互。通過GPIO接口連接煙霧傳感器、紅外線探測器等，對各模塊實(shí)現(xiàn)總的控制。

（二）軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要由應(yīng)用程序與監(jiān)測界面組成。應(yīng)用程序通過對驅(qū)動(dòng)程序下達(dá)指令，以此實(shí)現(xiàn)對電器的控制。需要實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等程序的設(shè)計(jì)。該程序配合Web服務(wù)器，以使用CGI語言來實(shí)現(xiàn)[2]。CGI主要有兩個(gè)作用，第一，及時(shí)反饋用戶查詢的信息，包括電器運(yùn)行情況、開關(guān)閉合情況、室內(nèi)環(huán)境等，CGI以頁面的形式整合數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。第二，響應(yīng)用戶的遠(yuǎn)程指令，轉(zhuǎn)換分析用戶指令后，執(zhí)行用戶的控制動(dòng)作，并且將運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)記錄到文件中。用戶啟動(dòng)CGI程序，就能在控制界面上得到數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[3]。

三、嵌入式智能家居的實(shí)現(xiàn)

（一）門禁系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)可以是指紋、人臉、后臺遠(yuǎn)程控制、二維碼等幾種方式控制。指紋和人臉的門禁方式相當(dāng)于對電器輸入了特殊口令或者編碼。后臺遠(yuǎn)程控制是通過網(wǎng)絡(luò)通訊對電器下達(dá)命令。二維碼門禁是由云端給用戶提供一個(gè)加密過的二維碼，通過二維碼與掃描設(shè)備的匹配來打開門鎖。

（二）智能燈光系統(tǒng)

智能燈光系統(tǒng)從亮度和開關(guān)兩個(gè)方面進(jìn)行控制，其控制角度又是多方面的。其裝置了各類傳感器，有移動(dòng)傳感器、聲音傳感器、光亮照度傳感器等，通過對人體進(jìn)行紅外線檢測，在人來去的時(shí)候調(diào)節(jié)開關(guān)；根據(jù)室外環(huán)境的光線亮度調(diào)整室內(nèi)亮度，控制室內(nèi)恒照度；通過腳步聲或其他聲音調(diào)節(jié)開關(guān)。還有時(shí)間控制，定時(shí)開關(guān)；用紅外遙控器控制燈光；連接互聯(lián)網(wǎng)等多種手段進(jìn)行綜合多樣的控制。提高照明效率，很大程度上節(jié)省電能，也延長了燈具的使用壽命，減少了使用和維修成本。

（三）網(wǎng)絡(luò)通訊與通信系統(tǒng)

該系統(tǒng)是家居智能系統(tǒng)中的主要系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其通訊手段主要有兩種。第一，手機(jī)APP。智能電器以手機(jī)為入口，以家庭WIFI為路徑，時(shí)刻連接電器供應(yīng)商的后臺服務(wù)器，用戶下載安裝電器供應(yīng)商的各類個(gè)性程序和自動(dòng)檢測程序，就可以遠(yuǎn)距離了解到家中的情況。第二，通話與短信，利用GPRS將紅外感應(yīng)到的家中異常情況及時(shí)反饋給住戶，其在費(fèi)用負(fù)擔(dān)上也比較便宜。

（四）報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)是在以上系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，時(shí)時(shí)探測家中情況，例如門窗被非正常打開、煤氣泄漏、火災(zāi)煙霧彌漫等情況下，門磁感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器、吸頂式熱感探測器、煙霧探測器、玻璃破碎探測器等就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒用戶，用戶可以即刻按下報(bào)警系統(tǒng)自帶的緊急按鈕快速聯(lián)系保安中心[4]。

（五）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)則與網(wǎng)絡(luò)通訊、通信系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)相連接，安裝USB攝像頭，通過WIFI傳送時(shí)時(shí)視頻，在手機(jī)終端上就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控了。

四、應(yīng)當(dāng)注意的問題

第一，嵌入式系統(tǒng)的升級，過去的嵌入式系統(tǒng)比較封閉，需要專門的工具寫入系統(tǒng)，并且無法單獨(dú)更新程序，未來需要設(shè)計(jì)更開放的嵌入式系統(tǒng)。第二，從用戶體驗(yàn)出發(fā)，注意生活細(xì)節(jié)，部分智能電器在使用過程中存在環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系。比如目前的遠(yuǎn)程控制空調(diào)，在用戶到家之前就可以開啟，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮空調(diào)與到窗戶關(guān)系，使智能空調(diào)與智能窗戶結(jié)合，避免到家后空調(diào)開啟窗戶卻沒關(guān)上的尷尬，反而浪費(fèi)資源，增加用戶煩惱。第三，用戶隱私的保密性，在通訊過程中往往需要借助互聯(lián)網(wǎng)和提供商的服務(wù)平臺，隱私安全是十分重要的問題。

五、結(jié)束語

智能家居行業(yè)正在不斷發(fā)展，智能家居給人們帶了更舒適簡單的生活，但智能家居在未來還有很長的路要走，本文提出了一種嵌入式智能家居系統(tǒng)，介紹了其系統(tǒng)硬件和軟件，以及在使用上的功能和未來改進(jìn)部分的可行性。實(shí)現(xiàn)了時(shí)時(shí)檢測、傳遞信息、自動(dòng)響應(yīng)、遠(yuǎn)程控制、安全防護(hù)的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李云霞，李合菊，吳曉燕.嵌入式智能家居控制終端通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測試，2013（24）：17-18.

[2]南春輝，李博，武穎.基于Web技術(shù)的嵌入式智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013，37（3）：86-89.

[3]鄭冰.智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].內(nèi)蒙古師大學(xué)報(bào)（自然漢文版），2014（5）：602-605.

[4]趙桂云，李賀，宋白玉，等.基于嵌入式的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（16）：163-164.endprint