嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高屹揚(yáng)

摘 要：隨著我國的信息技術(shù)科學(xué)和電子科學(xué)的不斷進(jìn)步，人民對智能化生活提出了更多的要求。智能化、交互式、創(chuàng)新式的家居設(shè)計(jì)成為今后家居的主流趨勢，智能化家居時代已經(jīng)來臨。要想實(shí)現(xiàn)家居智能化，首先控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)成為了關(guān)鍵點(diǎn)，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用使得智能家居的控制系統(tǒng)得以運(yùn)行。本文就對嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的討論。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；智能家居系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

智能家居以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，輔以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器、自動化、電機(jī)科技等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能家居的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)了家居的智能化。智能家電中的計(jì)算機(jī)核心技術(shù)主要是嵌入式技術(shù)，接下來我們便對其進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

一、智能家居中介基于嵌入式技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

（一）家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是一類具有特殊性質(zhì)的計(jì)算機(jī)專用系統(tǒng)，可以靈活多變，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和特定性，其可靠性、目的性、專用性較高。智能家居中的嵌入式技術(shù)主要包含了三個方面：硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、軟件。

（二）ZigBee技術(shù)

智能家居中網(wǎng)絡(luò)主要采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)短距離傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的可靠性較高，該技術(shù)所需要的能耗較低制造成本低，該技術(shù)的組網(wǎng)便捷時間短，因此在智能家居中多使用ZigBee技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。ZigBee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，需要一個專用ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器與各個終端功能設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)與各個終端設(shè)備的通信?；谇度胧郊夹g(shù)的智能家居網(wǎng)關(guān)其外接串口與ZigBee專用模塊芯片串口相通，最終實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)借助協(xié)調(diào)器控制終端設(shè)備。

（三）系統(tǒng)管理界面

智能家居設(shè)計(jì)的最終目的應(yīng)該是給用戶最直觀的的智能體驗(yàn)，那么PC端的系統(tǒng)管理界面需要給與用戶直觀的、簡易的、可操作的界面。Qt技術(shù)便能夠很好實(shí)現(xiàn)智能家居用戶端界面的設(shè)計(jì)，Qt技術(shù)是一種可以跨平臺的C++圖形設(shè)計(jì)技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是可以跨平臺實(shí)現(xiàn)用戶界面的設(shè)計(jì)，Qt技術(shù)可在任何的操作系統(tǒng)中使用，不需要修改源代碼。Qt技術(shù)除了具有跨平臺應(yīng)用之外，還可以在家居網(wǎng)關(guān)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)管理界面。Qt技術(shù)中主要是應(yīng)用信號和槽來機(jī)制來實(shí)現(xiàn)與各個部件之間的命令傳輸，這是Qt技術(shù)最主要的特點(diǎn)。

二、基于嵌入式技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.嵌入式系統(tǒng)

目前大部分的智能家居系統(tǒng)采用的是ARM10嵌入式操作系統(tǒng)，核心處理器為英特爾 xscale270，核心處理器通過WinCE 嵌入式操作系統(tǒng)來進(jìn)行處理，該嵌入式系統(tǒng)通過USB接口來實(shí)現(xiàn)攝像頭的連接，通過兩個RS232串口實(shí)現(xiàn)GSB模塊和家居控制模塊與嵌入式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。嵌入式系統(tǒng)是整個智能家居硬件設(shè)備中重要的核心設(shè)備，可以說是智能家居系統(tǒng)的大腦。

2.家電控制模塊

單片機(jī)控制電器模塊通過串口來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和嵌入式控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的交換，同樣傳感器也是通過串口實(shí)現(xiàn)與嵌入式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)可以通過控制四個LED燈來實(shí)現(xiàn)模擬家電的操作，三個按鍵相當(dāng)于模式傳感器，通過它來采集各種狀態(tài)。單片機(jī)是借助繼電器對家電進(jìn)行控制，借助LED來實(shí)現(xiàn)展示。

3.GSM模塊

GSM模塊主要的功能是實(shí)現(xiàn)手機(jī)與嵌入式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，是唯一的數(shù)據(jù)傳輸通道，可以實(shí)現(xiàn)移動通信的數(shù)據(jù)交換，通過它可以發(fā)送或者接受短信至用戶的手機(jī)中。GSM模塊通過RS232串口實(shí)現(xiàn)與嵌入式系統(tǒng)之間的信息交換。

4.攝像頭監(jiān)控單元

攝像頭監(jiān)控單元主要是通過USB端口與嵌入式系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控畫面的傳輸。傳輸給嵌入式系統(tǒng)中心的畫面通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C端，最終的畫面由PC端向用戶展示。

（二）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能家居中硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是相輔相成，息息相關(guān)，只有軟件和硬件兩者結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)家居的智能化。

1.串口通信

嵌入式系統(tǒng)中服務(wù)端程序設(shè)計(jì)主要是通過CCESeries 函數(shù)來完成串口的通信功能，在CCESeries 函數(shù)中編譯串口所需要的初始化實(shí)現(xiàn)功能函數(shù)、串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)識別讀寫功能函數(shù)、實(shí)現(xiàn)串口功能關(guān)閉的函數(shù)。在調(diào)用或者啟動了串口功能函數(shù)后，便可以實(shí)現(xiàn)串口對數(shù)據(jù)的識別和讀寫功能，但是在使用時需要對識別和讀寫時間進(jìn)行限制，提高識別讀寫效率。

2.GSM網(wǎng)絡(luò)通信

GSM無線通信技術(shù)是在AT指令的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)的，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸主要是通過GSM模塊來實(shí)現(xiàn)的，通過運(yùn)營商發(fā)送短信的方式遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換，最終實(shí)現(xiàn)無界限的數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)警提示，用戶可以及時發(fā)現(xiàn)異常警報(bào)，確保用戶的安全。GSM模塊主要的特性是穩(wěn)定性好、時效性高，可以在任何地點(diǎn)任何時間實(shí)現(xiàn)輸出的遠(yuǎn)程傳輸，不收地理位置的影響。

3.以太網(wǎng)通信

對智能家居而言嵌入式系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容就是數(shù)據(jù)的通信技術(shù)，數(shù)據(jù)的正常通信是保證用戶和核心控件之間的數(shù)據(jù)交換通道，在智能家居中通常采用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是TPC/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中至關(guān)重要的核心技術(shù)之一，通過該協(xié)議可以建立起數(shù)據(jù)信息與PC端的通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。通過IP層，在接口處發(fā)送數(shù)據(jù)到協(xié)議層，與其相對應(yīng)的IP層將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)絡(luò)接口層，通過這樣的方式形成數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿惩ǖ馈?/p>

三、總結(jié)

隨著我國的電子信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，智能家居成為了主要的家居發(fā)展趨勢，嵌入式技術(shù)作為重要的現(xiàn)實(shí)家居智能化的核心技術(shù)之一，其在智能家居中的研究應(yīng)用是非常有必要的。本文重點(diǎn)的對基于嵌入式技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，希望能夠?qū)χ悄芗揖拥南到y(tǒng)設(shè)計(jì)有所幫助。

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