嵌入式智能家居控制系統的設計

王菲

摘要

從傳統家電到智能家電的轉化，已經給我們帶來了很多翻天覆地的變化，從智能表電再到智能家居的轉變，必將給人類以新的驚喜和贊嘆。結合嵌入式控制系統和現代網絡通信技術，本文以嵌入式微處理器S3C2410為硬件基礎，選用Linux作為嵌入式操作系統，完成了家電控制驅動程序的設計，實現了智能家電的啟停控制。這是順應家居發展潮流的新變革，必將掀起智能產業的一場巨大風暴。

【關鍵詞】嵌入式微處理器 智能家居 溫度傳感器

隨著計算機技術、微處理技術、通信技術、電子技術、集成電路技術的發展，推動了嵌入式行業快速發展，其發展軌跡呈現出硬件和軟件交替發展的雙螺旋式。被控對象變的越來越復雜，嵌入式技術以其強大的交互功能和拓展能力得到了越來越多人們的青睞。傳統的家居生活已經不能滿足消費者的需求，可以預見，在未來20年嵌入式智能家居行業將經歷一次革命。

1 功能需求分析

本文設計了一個嵌入式智能家居控制系統，其功能包括以下幾個方面：

家電控制：家電控制是智能家居集成系統的重要組成部分，代表著家電智能化的發展方向。通過有線或無線的聯網接口，將家電與家庭智能終端連接，組成網絡家電系統，實現熱水器、洗衣機、微波爐、空調等家電遠程開閉功能。

2 硬件設計

如圖1所示，系統的硬件部分主要由嵌入式微處理器、繼電器輸出驅動電路、顯示器、觸摸屏、存儲器、設備控制模塊、以太網和電源模塊組成。本文選用的嵌入式處理器是三星公司設計生產的S3C2410處理器。其內核采用的是由ARM公司設計的16/32位的精簡指令集ARM920T內核，0.18μm工藝的CMOS標準宏單元和存儲器單元，采用了高級微控制器總線的新型總線結構，提供了豐富的片上資源，特別適用于對成本和功耗敏感的應用。使用S3C2410微處理器自帶的多功能可編程I/O接口GPIO實現對各個監控點的控制。本文以太網以RTL8019AS芯片通過總線和微處理器相連接，中斷也通過S3C2410的外部中斷接管。S3C2410微處理器具有內置的LCD控制器，它具有將顯示緩存中的LCD圖像數據傳輸到外部LCD驅動電路的邏輯功能。支持DSTN和TFT兩種LCD屏，并支持黑白和彩色顯示。觸摸屏的控制采用專用芯片ADS7843，專門處理是否有你或者手指按下觸摸屏，并在按下時分別給兩組電極通電，然后將其對應位置的模擬電壓信號經過A/D轉換送回處理器。

家電控制包括熱水器、空調、取暖閥的控制。當系統受到用戶發出的家電啟停指令后，確定系統的操作動作，輸出信號經放大由繼電器驅動執行機構動作，從而使主機的輸出與現場實現電氣隔離。

3 軟件設計

Linux可應用于多種硬件平臺。Linux已經被移植到多種硬件平臺，這對受開銷、時間限制的研究與開發項目是很有吸引力的。原型可以在標平臺上開發然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發過程。Linux的源代碼可以免費得到。Linux本身內置網絡支持。Limxx的高度模塊化使添加部件非常容易。

一個典型的桌面Linux系統包括三個主要的軟件層：Linux內核、C庫和應用程序代碼。內核是唯一可以完全控制硬件的層，內核驅動程序代表應用程序與硬件之間進行會話。內核之上是C庫，負責把POSIXAPI轉換為內核可識別的形式，然后調用內核，從應用程序向內核傳遞參數。應用程序依靠驅動內核來完成特定的任務。

考慮到嵌入式系統軟、硬件資源的有限以及基于特定應用的特點，嵌入式操作系統基于特定嵌入式平臺使用時必須經過裁減。而嵌入式Limix從某種意義上來說可以理解為是桌面型Limix系統的一個子集。在設計嵌入式應用的時候，可將應用程序越過C庫直接和內核會話，或者把應用和內核捆綁在一起，甚至可以把應用寫為內核的一個線程，在內核中運行，隨按這樣在移植上帶來了困難，但考慮嵌入式系統對尺寸要求小的特點，是完全可行的。[4]

嵌入式操作系統選擇Limix，用VI作編輯器以ARMGCC作為交叉編譯器。Linux內核是一個整體的結構，為了方便的向內核添加或者刪除某些功能，Linux引入了內核模塊機制，Linux Module和內核處在同一地址空間，它們可以相互調用函數，直接訪問對方地址。本系統軟件結構如圖2。

系統的主程序流程圖如圖3。

家電控制和數據采集功能的線程流程圖如圖所示4。

4 結語

嵌入式技術已經在各個領域得到了廣泛運用，嵌入式智能家居方面的應用還有這更為廣闊的空間。本文以家電控制系統為例，粗略介紹了智能家居控制系統的設計思路，為想要家居變得智能的客戶提供了設計方案。今后，嵌入式智能家居的設計與實現將成為廣大用戶的追求，擁有不可估量的市場空間。

參考文獻

[1]敖可.基于嵌入式Web的遠程溫度監測系統的設計[D].蘭州交通大學，2014.

[2]蔣建春.嵌入式系統原理與設計[M].北京：機械工業出版社，2010：210-211.

[3]王田苗，魏洪興.嵌入式系統設計與實例開發[M].北京：清華大學出版社，2011：323-327.

[4]于忠得，林敏，申華.嵌入式系統基礎教程[M].北京：國防工業出版社，2009：214-215.