基于GPRS网络和嵌入式操作系统的智能家居监控系统（软件部分） .doc

毕业设计说明书（论文）作者：学号：系部：专业：通信工程题目：基于GPRS网络和嵌入式操作系统的智能家居监控系统（软件部分）指导者：教授评阅者：2010年6月毕业设计说明书（论文）摘要物联网是继计算机、互联网和移动通信之后新一轮信息技术的革命，是将物体通过传感设备、通信手段实现全面互联的网络，包括物与物之间的互联互通，也包括人与物之间的互联互通。智能家居系统可以将相对独立的电器产品“智能”地连接在一起，提供全方位信息交换功能，帮助家庭内部及外部实现信息畅通，从而优化生活环境，提高生活质量。本文提出了一种基于GPRS网络和嵌入式操作系统为基础的家庭网络无线接入方案，能通过手机对家居进行远程监测和控制，实时获得当前图像信息和家居环境的各项物理参数。调研了国内外智能化家居系统的研究现状和发展趋势，并结合目前国内智能家居的发展特点，设计了基于ARM的智能家居监控系统。在设计中选用了ARMS3C2410处理器和嵌入式WindowsCE操作系统，主要由基于ARM的主控模块、GPRS短信发送模块两部分组成。本文完成了智能家居监控系统的硬件设计和软件设计，并进行了调试，验证了所设计系统的有效性和实用性。实验结果表明提出的监控系统设计方法是可行的，且整个系统具有良好的通用性和可扩展性。由于采用WindowsCE作为嵌入式操作系统，符合嵌入式的发展潮流，方便了在该设计的基础上进行二次开发和扩展。关键词：智能家居,嵌入式WindowsCE,ARMS3C2410，GPRS毕业设计说明书（论文）ABSTRACTInternetofThingsisthenexttechnologyofcomputer,theInternetandmobilecommunications,andthenewroundofinformationtechnologyrevolutionwhichistheobjectthroughthesensingequipment,communicationmeanstoachievefullinterconnectionofnetworks,includingmaterialsandinteroperabilitybetweenobjects,andslsoincludingtheinterconnectionbetweenpeopleandobjects.Ithasdrawnmoreandmoreattentiontobuildahannoniousandcomfortablehomeenvironment，usingthelatestachievementintheinformationindustry.InthisPaper,thehomegatewaywirelessaeeessProgramwasbasedonGRPSnetworks，ARM，andembeddedWindowsCEoperatingsystem.ltcanbecontrolledthroughmobilePhoneshortmessage,anditcanprovidreal-timeaccesstocurrentinformationofimagesandphysiealparametersofthehomeenvironment.Alotofresearchhasbeendonetoknowthestatusanddevelopmenttrendathomeandabroad.Combinedwithcurrentdevelopmentofsmart-homefeatures,asmart-homemonitoringandcontrollingsystembasedonembeddedsystemhasbeendesigned.S3C2410developmentboardbasedonARM9processorandembeddedWindowsCEoperatingsystemwaschoseninthisdesign.ThedesigncontainstheARMcontrolmoduleandGPRSmodule.Thesystemhardwareandsoftwarehavebeendesigned,andhavebeendebugged,inordertoverifytheeffectivenessandpracticalityofthesystem.Resultsshowthatthedesignisfeasible,andthewholesystemhasgoodversatilityandscalability.BecauseoftheusingofWindowsCEasanembeddedoperatingsystem,whichisinlinewiththedevelopmenttrendofembeddedsystem,itwillbeconvinenttomakeaseconddevelopmentandexpansioninthehardwareplatform.KEYWORDS:SmartHome，ARM，EmbeddedWindowsCE,GPRS毕业设计说明书（论文）目录第一章绪论.11.1研究背景.11.2智能家居系统的发展现状和趋势.11.3课题研究开发意义.41.4论文组织结构.5第二章GPRS技术及模块指令.62.1GPRS技术主要特点.62.1.1GPRS网络总体结构.82.1.2GPRS协议.92.1.3GPRS的路由管理.102.2Q2406AGPRS模块的介绍.122.3GPRS通信模块的AT指令.132.4AT指令的测试.15第三章系统方案设计.183.1智能家居系统设计.183.1.1系统结构组成.193.1.2功能分析.193.2嵌入式系统选用方案.203.2.1嵌入式系统概述及其特征.203.2.2S3C2410微处理器.22第四章嵌入式WindowsCE系统的构建.234.1嵌入式操作系统的选择.234.2WindowsCE的特点.254.3基于WindowsCE的嵌入式系统开发流程.274.3.1硬件设计.27毕业设计说明书（论文）4.3.2WindowsCE的运行.284.3.3定制操作系统.284.3.4应用程序开发.284.4WindowsCE系统的定制和移植.284.4.1BSP的开发.284.4.2使用PB定制WindowsCE内核镜像.314.4.3WindowsCE系统的移植.31第五章系统软件设计.325.1GPRS通信模块的设计.325.1.1EVC安装及使用.335.1.2安装SDK.345.1.3MicrosoftActiveSync.345.2通信软件的设计.355.3软件程序代码及分析.38第六章安装调试与实验结果.436.1实验箱简介.436.2安装调试步骤.44第七章总结与展望.46致谢.47参考文献.48毕业设计说明书（论文）第1页第一章绪论1.1研究背景随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，城乡居民的消费观念有了较大的改变。人们不再满足于的吃饱穿暖，而是追求更多物质和精神方面的享受。智能家居或称智能住宅。住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命，它能大大改变人们的生活方式、工作方式。所以现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境，更加轻松、有序、高效的现代生活方式，作为一个理想的目标来永恒的追求。智能家居以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，利用先进的通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的居住生活环境空间。智能家居在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。它不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电（如空调、热水器等）控制、照明控制、防盗报警、定时控制及计算机控制等。1.2智能家居系统的发展现状和趋势家庭智能系统，也被称为智能家居系统（SmartHomeSystem），在国外已经获得了长足地发展。自世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅迪格州出现后,美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家和地区先后提出了各种智能家居方案。近年来计算机、自动控制和通信技术的发展,己经深刻地改变了人们的工作方式,极大地提高了企业的生产效率,为社会创造了巨大的财富,相比之下带给个人和家庭生活的好处却十分有限,传统的居家方式并没有因信息时代的到来而产生多大变化。家电产品种类日益增多,分散控制给人毕业设计说明书（论文）第2页们带来了极大的不便,作为社会组成的基本单元-家庭，几乎成为信息时代的孤岛。在这样的背景下,人们开始关注居住环境,注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适,如何有效地在家居环境里组建家庭信息网络,将各种家电产品结合成一个有机整体,以实现对各种家电设备的集中或并通过它对家电设备进行集中或异地的智能化控制与管理,更好地为人们提供家居环境的各类信息,为开发网化、智能化、数字化的新型住宅提供必要的软硬件支持。（1）智能家居发展现状目前，美国则有近4万户家庭安装了这类系统，在新加坡有近30个社区的近5000户家庭采用了这种家庭智能化系统。美国智能家居行业的专业顾问公司一份统计资料显示:在1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000-9000美元之间，而目前的费用则己经大大降低。预计在今后的4年内，家庭自动化市场的年平均增长率为8%。同国外相比，我国对智能家居和家庭网络等相关产品的研制起步较晚。但是政府部门在政策和标准等方面，不断加大扶持力度，指导行业发展。目前，建设部批准建立7个普及型网络社区，北京市己经计划建设30个网络社区，总户数将达3万户。按照建设部的要求，到2010年，大中城市60%的住宅要实现智能化。我国将住宅小区智能化定义为:利用4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。（2）智能家居系统发展趋势家庭是信息社会的基本单元，是信息家庭的立足点和着眼点。未来的家庭中，各种信息家电将组成一个家庭局域网，并通过家庭网关接入互联网。家庭网络的发展势必会受到现代控制技术、计算机技术及通讯网络技术飞速发展的影响。其发展趋势主要有:基于控制器的智能家庭网络基于控制器的家庭网络符合当前多数家庭的实际情况，可以解决当前家庭中大量存在的传统家电设备的互联问题，同时通过电话线实现对PSTN毕业设计说明书（论文）第3页的拨号接入，可完成数据远传和异地控制。这种方式具有很大的市场价值和广阔的应用前景。基于家用电脑的智能家庭网络基于家用电脑的智能家庭网络把熟悉的PC技术简单地嫁接到新的家庭网络技术中，通过无线局域网，使用家用电脑作为中央控制单元，提供家庭与Internet之间的寻址和路由。基于电力线通信的智能家庭网络电力线网络技术使用的是与插座直接相连的现有电力线，不需要电话线，只要用一个电力线适配器插入插座即可。基于电力线通信的智能家庭网络由于电力线网络拓扑及其电源插座用作接入点的方便性，使其成为智能家庭网络的一种很有吸引力的候选技术和新的发展趋势。一套典型的智能家居系统应具有以下功能特点：1.安全监控：包括各种报警探测器的信息采集，开关门报警等如门磁、紧急按钮、红外探测、煤气探测、火警探测等，并完成与住宅小区物业管理和110报警的联网。2.背景音乐：在居室的任何一间房里，包括厨房、卫生间和阳台，均安装背景音乐线，通过多个音源，可以让每个房间都听到美妙的背景音乐。3.具有功能完善的三表(水、电、煤气)远程传送收费系统(一般配合在智能住宅小区使用)。4.家电控制：利用计算机、移动电话、PDA通过高速宽带接入Internet，并对灯具、窗帘、空调、冰箱、电视、洗衣机等家用电器进行远程控制、定时控制。5.家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系、视频会议。基于Internet的电子商务使每天的工作事务变得更加容易和简单。网上娱乐同样简单方便。如：家庭影院、无线视频传输系统、在线视频点播、交互式电子游戏等，在智能家居中，你可以和家庭成员或其它游戏爱好者一起通过计算机、电视、甚至可以用PDA在线玩各种网络游戏。6.家庭医疗保健和监护：利用Internet，实现家庭的远程医疗和监护。Internet在智能家居医疗保健中的作用有很大的潜力，不仅助您身心更加健康，而且会降低医疗保健成本。每天，你都可以在家中将测量的血压、体温、脉搏、葡萄糖含量等参数传递给医疗保健专家，并和医疗保健专家毕业设计说明书（论文）第4页在线咨询和讨论，省去了许多在医院排队等候的麻烦。而对于家有老人和孩子的家庭，配备求助系统(按键)，保障家人的健康和安全。7.信息服务：通过Internet可在任何时间任何地点获得和交换信息，信息传输可以以多种形式，从静态文本、图形到动态的音频、视频信息。同时，Internet改变了人们的通讯交流方式，使人们能通过文本、图形、多媒体迅速地沟通信息。E-mail、短信息、聊天室等通讯方式对生活产生了很大影响在旅行中父母可使用聊天工具和视频会议工具保持和孩子联系。在智能家居中，您还可以用手提电话或PDA通过无线网络收发E-mail，接受最新的股市行情。8.网络教育。网络教学将课堂带进了家庭，可帮助老师巩固课程，激发孩子们的好奇心。现在学校和家长通过家居中的基于Internet的教育工具可以合作得更加紧密，并在家庭和课堂之间建立了桥梁。同时，在智能家居中，不管那个年龄段的人都可以享受教育资源，可进行终生教育和学习。由上述国内外发展情况来看，信息家庭将是日后家居生活发展的方向。尽管我国信息家庭研究在有关核心技术、独立产品等多方面落后于发达国家，但由于国内外都处于探索阶段，尚未形成垄断，同时国内又有潜在的庞大的消费群体。因此，国内相关产品制造商及研发机构正面临难得的市场机遇。1.3课题研究开发意义智能家居系统是现代3C技术与传统家居系统相结合的产物，是家居信息化未来发展的方向，是人类社会住宅建设发展的必然趋势，更是智能建筑的一个重要的组成部分。智能家居的设计目标是“将家庭中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线系统技术(HBSHomeBussystem)连接到一个家居智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调”。智能家居系统的实现，将会由过去的单一设备控制发展为家居设备的集中控制以及远程控制；由过去的家居内部安全控制发展到家居远程实时监控；将为人们的家居生活提供舒适的环境，满足人类对生活日益提高的要求，实现全人性化的自动控制功能。