試論基于嵌入式的智能家居系統探究和實現

胡楠 任子真

摘要：智能家居是物聯網技術的典型應用領域之一，它將獨立家用電器、安防設備連接成一個具有思想的整體，實現家居設備的智能管理和遠程監控。本文筆者結合實際經驗沒救智能家居系統的相關問題展開探討，希望可以給廣大讀者提供一些參考。

關鍵詞：嵌入式;智能家居;家用電器

中圖分類號：TU855

文獻標識碼：A

文章編號：1672 - 9129（2018）12 - 0096 - 01

1 智能家居的發展趨勢

時間不斷的流逝，技術也在不斷的更新，智能家居的研究現階段正處在一個萬紫千紅的場景。隨著市場經濟的發展，在市場的引導下智能家居系統會逐漸的向用戶需求及用戶體驗的方向進行發展，用戶最為智能家居系統的最終使用者，智能家居的就是未用服務最為開發的宗旨。未來智能家居的發展將具有極大的市場前景，同時也面臨著嚴峻的考驗。

2 嵌入式技術的概念

如今，設計人員在設計智能家居系統時，會根據過自己國家的國情與市場需求，而設計系統方案。本文在根據上節的技術方案以及個人水平，所設計系統主要應用了嵌入式技術、ZigBee技術、傳感器技術、遠程Web控制技術、Qt應用界面等幾種技術，主要解決了系統的易擴展性、升級等問題。

在嵌入式系統中，嵌入式處理器是核心，它負責控制和輔助系統的運行。嵌入式處理器由初期的4位機發展到現在深受廠商與開發者喜愛的32位機和64位機。嵌入式處理器一般具備以下四個特點：1）能完成實時多任務、響應中斷時間較短;2）具有很強大的存儲區保護功能，有利于軟件診斷;3）具有以較短的時間開發出滿足需要應用的能力;4）功耗角較低，這便可以攜帶具有嵌入式處理器的設備，如今的手機、筆記本電腦等等。目前常見的嵌入式處理器有x86、PowerPC、MIPS、ARM、sc -400、386EX等。

ARM系列芯片由于其強大的性能與低功耗的特點，如今把持著手機處理器95%以上的市場份額，筆記本處理器20%的市場份額，平板電腦80%的市場份額。本系統設計中，選擇ARMCortexA8S5 PV210處理器作為智能網關/中心控制模塊的主控處理器。這是因為此ARM處理器與其他系列微處理器相比性價比高、功耗較低、開發廠商較多、開發難度較低、市場份額大，這樣便于以后系統軟件的升級，不需要為處理器的能不足而擔心。

眾多的嵌入式操作系統都可以移植進ARM開發板中，主流的嵌入式操作系統有VxWorks、Linux、WinCE、andriod等。在這些系統中，Linux由于其支持眾多系列處理器、內核小、完全開源、功能強大、開發者眾多、系統運行快速且穩定、可定制性高等特點而受到廠家與開發者的青睞。近幾年來Google推出的Andriod系統在手機和平板電腦可謂是大放異彩，在整個手機操作系統中獨占鰲頭，Andriod是基于Linux內核而定制開發的。因此本文系統中選擇Linux作為嵌入式操作系統。

3 智能家居系統應用軟件設計探究

3.1 應用程序編寫環境。VS2005集成開發工具用于開發智能家居中嵌入式服務端程序及嵌入式操作系統的內核裁剪及定制編譯工作。VS2005集成開發工具是應用在Windows窗口平臺上的一款窗口界面化的集成開發工具，適合進行應用軟件程序的設計與研發使用，而且具有多平臺合作開發程序的功能特點。

3.2 智能家居人機接口設計。智能家居人機接口設計是設計用于實現用戶通過開發的應用軟件實現對整個系統中相應硬件設備的控制，采用MFC開發語言實現應用程序軟件界面程序的開發，程序開發的過程下面進行詳細的介紹。

打開VS2005集成開發工具，新建MFC應用程序工程文件，用于實現人機接口應用程序的設計。建立新的項目時，對項目自行添加名稱和存儲位置填寫完成后按照軟件提示方式實現整個項目工程的搭建，期間在軟件開發包支持界面時，將系統平臺選項加入進工程文件同時移除pocketpc2003選項。

選擇程序軟件界面上的下一步按鈕，在下一個界面內選擇待開發的程序資源種類及采用的編程語言，選擇MFC應用設計語言進行程序的設計，在MFC程序設計方式中Applicationtype使用“Dialoghased”設計應用程序的窗口整體界面風格，ResourceLanguage使用“中文（中國）”，用于展示在界面窗口中的語言顯示，顯示為中文能夠更加友好的支持大家對軟件的使用，增強軟件界面的交互性，其他項目使用默認選項。

待其他選擇項都選擇好以后，單擊Next按鈕，根據界面引導完成整個工程

解決方案的建立。項目建成后，它將自動進入IDE環境。

在熟悉開發工具的功能后，開始進行應用程序界面的設計。由于MFC搭建圖形界面是具有靈活方便的器件控件庫，所以在圖形界面設計時通過拖拽控件器件的方式完成，具有信息窗口、報警、家電控制、設置等功能區域組成。界面其他部件通過器件庫添加到對話框內完成。對于代碼部分進行編寫時，只需要通過鼠標點擊控件進入代碼編輯窗口進行功能代碼的編寫即可。

3.3 GSM無線數據傳輸模塊。遠程數據傳輸功能主要是借助現有的成俗模塊CSM模塊，以運營商短消息方式遠程異地傳遞數據信息，從而實現無界限實施報警提醒展示，確保使用者安全使用及時查看異常報，從而實現整個系統中對于傳感器信息采集報警及家用電器未關閉等遠距離短信報警功能。GSM模塊具有高穩定性、高時效性，為智能家居無線數據傳輸不受地理因素的影響，實現遠程家居監控系統和報警信息傳輸。

3.4 客戶端視頻監控軟件。智能家居客戶端程序即計算機端的視頻圖像監控應用軟件的程序設計，Delphi集成開發工具進行代碼程序的開發，其由Borland公司研制的用于可視化界面應用程序開發的編程工具。因為其具有強大的庫資源使得程序開發速度快、軟件人性化更強使用戶使用更加便捷，成為主要的客戶端開發工具。Delhi與c++一樣都是面向對象的編程語言，開發環境與VS2005極具像是都集成了Windows操作系統的界面特點及思想因數。其集成開發工具同樣是具有豐富的控件庫，用戶可以通過選取器件迅速搭建及實現應用程序的開發。所以PC端視頻應用程序使用Delphi編程語言實現應用軟件的設計。

在TCP/IP網絡中的客戶終端，網絡通信是通過Delphi中的TCP控制。TCPCLient控制是完成這個操作所需的步驟為：（1）建立與智能家居嵌入式服務端之間的數據傳遞通道。（2）實現為嵌入式服務端傳輸數據信息及建立數據輪詢通信機制。（3）在整個視頻數據信息傳輸完成后客戶端網絡傳輸完成，結束本次數據通信過程。

3.5 家電控制及傳感器模塊。傳感器實現報警信息采集后使用標準串口單元為嵌入式核心控制器傳送數據信息，數據信息的傳輸單元為字節，嵌入式核心處理對數據接收處理后通過另外一個串口單元為無線通信模塊發送短信編碼信息，實現遠程手機短信報警;對于家電設備的控制過程是嵌入式核心處理器與家電控制模塊的單片機核心處理器之間使用標準串口進行連接，二者定義自己的私有通信協議后使用串口傳輸字符型數據信息，然后處理器在接收到數據信息后進行分析處理，根據數據信息的內容和要求打開相應的LED，以表示對應的家電的電源的打開，從而實現對家電設備的控制操作。

以上筆者基于嵌入式的概念，對基智能家居系統的軟件系統設計與實現進行了分析，由于本人閱歷有限，分析中可能存在很多不足之處，在未來的工作學習中會繼續不斷完善。