（模式识别与智能系统专业论文）基于linux和x10的知能家居原理研究与实践.pdf

： ? k ，、i 基于l i n u x 和x i o 的智能家居原理研究与实践 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：乏巴星 日期： 砂。召年弓月日 -r i i i ii iul lii i i iiiuiil y 1814 6 5 0 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密醇在二竺年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：乏巴 日期：，沙。睁多月f 日 指导教师签名：主科 日期：- p , - q 年_ ；月j e l 基于l i n u x 和x l o 的智能家居原理研究与实践 基于l in u x 和x 10 的智能家居原理研究与实践 摘要 家庭自动化和网络化是信息技术发展的趋势。1 家电的功能和种类 越来越多、越来越复杂；2 家中的计算机越来越多，需要组网和管 理；3 家中各种网络如电话网，有线电视网，计算机网及智能家电网 络，需要协调和管理；4 x l o 模块在智能家居中应用得越来越多。所 有这些都需要一套高效、安全、稳定的软件( 甚至操作系统) 来统一 管理和控制，这些原来互相独立的“信息孤岛”必将组成一张全功能 的智能家庭网络。 x i o 电力线载波协议是一种成熟的以电力线来传输信号的智能家居 技术，此技术的产品已经得到大量地使用。但基于x i o 的智能家庭 解决方案成本太高，而且x l o 只控制家电，无法对计算机和计算机网 络进行管理和控制。 本文针对x l o 家电网络和计算机网络，构建了运行在家庭控制器 ( 如p c ) 上的小型l i n u x 操作系统。此操作系统将拥有： ( 1 ) 简洁漂亮的界面 本文采用了轻型但功能强大的x f c e 作为桌面环境，并按照本文要实 现的目标，编写和定制了更加友好漂亮的简单模式( s i m p l em o d e ) 桌 面。 ( 2 ) 简单方便的使用方法 新的s i m p l em o d e 桌面采用标签来分类所有的应用程序，用户可以 方便地在标签上单击切换，和运行应用程序。 4 除了系统默认使用的s i m p l em o d e 桌面外，本文还保留了传统的 x f c e 桌面，并实现了s i m p l em o d e 桌面和传统x f c e 桌面的一键切换。 ( 3 ) 丰富、强大的应用软件 本文系统面向家庭控制，娱乐和管理，因而集成了许多这方面的开 源软件。家电控制及p c 控制采用支持x l o 的m i s t e r h o u s e 等；i n t e r n e t 标签中有f i r e f o x ，s k y p e 等流行的网络应用软件；娱乐有音乐播放器 r h y t h m b o x ，m y t h t v 等。并且这些应用软件在集成时都进行过优化和 定制，用户可以直接方便地使用。 此l i n u x 系统基于l i n p u sl i n u x 和f e d o r a ：可以用l i v e c d 和硬盘 两种方式运行；桌面环境采用本文定制的x f c e ：并采用了精心选择的 实用、强大的开源软件；初步形成集管理、控制和娱乐于一身的小型 家庭l i n u x 操作系统。使用这个操作系统( 准确地说是用其中的软件 如m i s t e r h o u s e ) 可以方便地对您的智能家庭进行管理。 简单地说，本文提供了一种基于l i n u x 和x l o 的智能家居解决方 案。 关键词：l i n u x ，x l o ，智能家居，m i s t e r h o u s e 基于l i n u x 和x i o 的智能家居原理研究与实践 t h ep i u n c i p l er e s e a r c ha n di m p l e m e n to f l i n u x x 10b a s e ds m a r th o m e a b s t r a c t h o m ea u t o m a t i o na n dh o m en e t w o r ki sat r e n do ft h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t 1 h o m ea p p l i a n c e sa r eh a v i n gm o r et y p e sa n d f u n c t i o n sw h i c ha r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l e x 2 m o r ea n dm o r e c o m p u t e r sn e e dt ob en e t w o r k e da n dm a n a g e d 3 a l ln e t w o r k sl i k ep h o n e n e t w o r k ，c a b l e t vn e t w o r k ，c o m p u t e rn e t w o r k a n dh o m e a p p l i a n c e s n e t w o r kh a v et ob em a n a g e d 4 x 10m o d u l e sa r eb e c o m i n gi n c r e a s i n g l y p o p u l a ra th o m e a ne f f i c i e n t ，s e c u r ea n ds t a b l es o f t w a r e ( e v e na no s ) i s e a g e r l yn e e d e dt om a n a g ea n dc o n t r o la l lt h e s e a l lo ft h e s ei s o l a t e d “i n f o i s l a n d s w i l le v e n t u a l l yf o r map o w e r f u lm u l t i f u n c t i o n a lh o m en e t w o r k x i oi sas o p h i s t i c a t e dp r o t o c o lw h i c ht r a n s m i t ss i g n a l sv i ap o w e rl i n e a l t h o u g hx i op r o d u c t sa r ew i d e l yu s e d ，s m a r th o m es o l u t i o n su s i n gx i o c o s tt o om u c h m e a n w h i l e ，x i op r o d u c t s c a n o n l y c o n t r o lh o m e a p p l i a n c e s i t c a nn o tb e u s e dt oc o n t r o la n dm a n a g ec o m p u t e ro r c o m p u t e rn e t w o r k s t h i sp a p e rb u i l d sas m a l ll i n u xo sw h i c hr u n so nh o m ec o n t r o l l e r s ( e g p c ) f o rx 1 0 n e t w o r ka n dc o m p u t e rn e t w o r ka d m i n i s t r a t i o n i tp r o v i d e s ： ( 1 ) c o n c i s e b e a u t i f u lg u i t h el i g h tb u tp o w e r f u lx f c ei su s e da st h ed e s k t o pe n v i r o n m e n ti nt h i s p a p e r t oa c h i e v et h ea i mo fc o n c i s e ，as i m p l em o d ex f c ei n t e r f a c ei s 6 & r l l l 0 ； ttplltli， p r o g r a m m e d ( 2 ) e a s y - t o u s e 东华大学硕士学位论文 t h en e ws i m p l em o d ex f c eu s e st a b st os o r ta l lt h ea p p l i c a t i o n s i t 、s v e r ye a s y t os w i t c hb e t w e e nt a b sa n dr e a l l y e a s y t of i n da n dr u n a p p l i c a t i o n s e x c e p tt h ed e f a u l ts i m p l em o d ex f c e ，u s e r sc a ns w i t c ht ot h e t r a d i t i o n a lx f c ed e s k t o pb yj u s to n e c l i c k ( 3 ) u s e f u l ，i n t e r e s t i n ga p p l i c a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ea i mo fh o m em a n a g e m e n t ，c o n t r o la n de n t e r t a i n m e n t ， m a n yo p e n s o u r c es o f t w a r e sa r ei n s t a l l e d h o m ec o n t r o la p p l i c a t i o n sl i k e m i s t e r h o u s ew h i c hs u p p o r t sx i oi s i n t e g r a t e d i nt h e “c o n t r o l ”t a b f i r e f o x ，s k y p ee t c a r ei nt h e “i n t e r n e t t a b r h y t h m b o xa n dm y t h t v a r e i nt h e “p l a y ”t a b b e s i d e s ，a l lt h es o f t w a r e si nt h es y s t e ma r eo p t i m i z e d a n dc u s t o m i z e df o ru s e r s t h es y s t e mi sb a s e do nl i n p u sl i n u xa n df e d o r a i tc a nm n o nl i v e c d o rf r o mh a r d d i s k c u s t o m i z e dx f c ei s u s e da st h ed e f a u l td e s k t o p e n v i r o n m e n t m a n y u s e f u la n dp o w e r f u l o p e n - s o u r c e s o f t w a r e sa r e i n t e g r a t e di nt h es y s t e m t h i sl i n u xs y s t e mi se l e m e n t a r i l yb u i l tf o r h o m eu s i n g w i t ht h eo s ( o re x a c t l ya p p l i c a t i o n sl i k em i s t e r h o u s e ) ，y o u c a nm a n a g ey o u rh o u s ee a s i l y i no n ew o r d ，t h i sp a p e rp r o v i d e sal i n u x x l ob a s e ds m a r th o m e s o l u t i o n k e yw o r d s ：l i n u x ，xl0 ，s m a r th o m e ，m i s t e r h o u s e 7 0； i一 iitf*f 1fliii，j- 基于l i n u x 和x 1 0 的智能家居原理研究与实践 目录 东华大学学位论文原创性声明。2 东华大学学位论文版权使用授权书3 摘要。4 a i i s t l l a ( ：t 。6 目录8 第一章引言。1 0 1 1 家庭自动化1 0 1 2x 1 0 协议1 0 1 3lin u xs m a r th o m e 1 1 1 4 本章小结1 2 第二章x 1 0 及智能家居原理1 3 2 1 智能家居技术分析1 3 2 2x l0 协议1 4 2 3x 1 0 控制原理1 7 2 4 智能家居1 8 2 4 1x 1 0 国内外应用现状。1 8 2 4 2 本文智能家居系统结构1 8 2 5 本章小结1 9 第三章l i n u x 简析和本文软件系统设计概要2 0 3 1l i n u x 内核和启动简析2 0 3 1 1lin u x 内核结构2 0 3 1 2li1 3 u x 启动2 1 3 1 3init r d 剖析2 2 3 2lid u x 系统调研。2 3 3 2 1win d o wm a n a g e r ( 窗口管理器) 2 4 3 2 2 软件包管理器2 4 3 2 3 应用软件。2 5 3 2 4 系统易用性及其它2 5 3 3 本文软件系统设计概要2 5 3 4 本章小结2 6 第四章l i n u xs m a r th o m e 设计和实现。2 7 4 1 硬件部分2 7 4 2 软件部分设计和实现2 7 4 2 1b a s e 系统构建2 7 4 2 2w i n d o w sm a n a g e r m x f c e 3 0 4 2 3 i 芒锖ux f c e 3 1 4 2 4 应用软件集成、定制、优化和使用4 1 4 2 5 s p l a s h 和主题定制5 9 4 2 6l i v e c d 6 0 4 2 7 安装程序6 2 4 3 系统运行6 3 4 3 1 系统运行。6 3 8 ，；，一 。i-， ，li， ，；， j ? l ； 东华大学硕士学位论文 4 3 2 系统测试和d e b u g 。6 4 4 4 系统实现过程中遇到的主要问题与解决6 5 4 5 本章小结。6 7 第五章总结与下一步工作 6 8 5 1 总结6 8 5 2 下一步工作6 8 参考文献o 攻读硕士学位期间录用和发表的论文 7 2 至l 【谢。7 3 附录 7 4 附件1p a r s eg r o u p _ a p p c 7 4 附件2 e t c r c d r c 5 8 8 附件3 e t c r c d a u t o d e t e c t v g a d riv e r s h 9 2 附件4 e t c r c d s e s sio n s w ；t c h d e s k s h 9 5 附件5b u - id - s y s s h 9 6 p 付件6c m d w his tie p a t c h 。9 7 附件7a u dio - c o n t r ol - d a e m o n 9 8 附件8r e m o o t d a e m o n 1 0 0 附件9n 卜in s t ai i s h 1 0 2 附件10m k c d s h 1 0 3 9 ，t，。+ ，- 基于l i n u x 和x l o 的智能家居原理研究与实践 第一章引言 现在的时间是2 1 世纪初，信息技术已经发展到相当发达的程度，而且每天都 在发展：机器人已经会走路、会跳舞，能听懂人说话；手机、m p 4 等各种嵌入式 数码产品功能越来越强大，也变得越来越智能；自动导航的无人驾驶智能汽车也 已经初步投入运行 1 。信息技术正在向智能化方向发展已经是不争的事实。 1 1 家庭自动化 家庭自动化和网络化是信息技术发展的必然趋势。1 家电的功能越来越多、越 来越复杂，家电种类越来越多；2 家中的计算机越来越多，需要组网和管理；3 家中各种网络如电话网，有线电视网，计算机网及智能家电网络，需要协调和管 理。4 智能家居中使用的x l o 模块功能和使用的模块数量越来越多。所有这些 都需要一套高效、安全、稳定的软件( 甚至操作系统) 来统一管理、维护和控制， 这些原来互相独立的“信息孤岛 必将组成一张全功能的家庭网络 2 。 目前，智能家居系统技术主要有四种：x l o 协议、总线技术、放射性布线系 统、无线技术。本文采用的是x l o 技术。 1 2x l0 协议 x l o 是国际通用的智能家居电力载波协议，由p i c oe l e c t r o n i c s 公司在1 9 7 6 年研发，它是全球第一个利用电力线来控制电子电器设备的标准。 其兼容产品的互联媒介就是a c 2 2 0 v 电力线，所以无需重新布线。电力线将电 能传到家中的各个房间，同时也将家中所有的电灯、电器连成了网络。在提供电 流的同时又可以像网线一样，将控制命令传送到被控制的灯饰或家电上，从而实 现网络化的控制。被控制的电器可多达2 5 6 路。用电力线做载体传输控制信号， 既经济又方便，很容易进入家庭。低廉的价格、上千种的产品以及简单的设置方 式成功开启了智能家居时代 5 。 x l o 的发展史 4 ： 1 9 7 6 年英国p i c oe l e c t r o n i c sl t d 提出电力家居控制方案。 1 9 7 8 年美国x l o 公司成立并出产品。 1 0 东华大学硕士学位论文 1 9 8 0 年美国出现s m a r th o m e 。 1 9 8 4 年第一座智能楼宇在美国建成，白宫安装智能安防系统。 1 9 9 7 年x l o 专利开放，智能家居品牌猛增，产品进入超市。 2 0 0 0 年中国出现智能家居厂家。 2 0 0 4 年中国第一个x l o 智能家居产品标准诞生。 1 3lin u xs m a r t h o m e l i n u x 是由l i n u st o r v a l d s 于1 9 9 1 年以开源的形式公布的类u n i x 操作系统。 借助于i n t e r n e t ，经过世界各地计算机爱好者的共同努力，现已成为十分稳定 和高效的操作系统。 l i n u x 以其优异的稳定性、安全性和低廉的价格在全世界迅速发展，使用人数 越来越多。目前在国际上，l i n u x 有很多商业或开源的发行版本如：f e d o r a ， u b u n t u ，s u s e 等。在国内，主要有r e d f l a gl i n u x ，中标普华l i n u x ，l i n p u s l i n u x 等厂商的发行版。嵌入式l i n u x 研究和商业开发也非常流行：有专门的嵌 入式l i n u x 操作系统u c l i n u x ，挪威t r o l l t e c h 的嵌入式系统的操作界面q t ， o p e r a 公司的嵌入式浏览器技术等。除了桌面发行版和服务器版本之外，还有很 多适合于嵌入式应用的小型l i n u x 发行版本例如：m i n i m a x ，p o c k e tl i n u x ， g e e x b o x ，d a m ns m a l ll i n u x 等。 l i n u xs m a r th o m e 是l i n u x 或嵌入式l i n u x 在家庭自动化中的一个新应用方 向。l i n u x 稳定、安全、开放和价格低廉，不仅在各种智能家电中可使用嵌入 式l i n u x ，在整个家庭的计算机网络、电话网络和智能家电网络都可用l i n u x 服 务器来提供服务，集中管理。 本文的智能家居系统基于l i n u x 、使用x 1 0 ( m i s t e r h o u s e ) 以及其它应用软件， 构建一个适合于家庭控制、家庭娱乐的小型l i n u x 操作系统，并以此为中心来构 建一套智能家居系统。 最终要实现的功能主要有： 1 、家电控制( 计算机控制、语音控制) 服务器 2 、集f t p 、文件服务器等服务器为一体的家庭服务器 3 、娱乐 基于l i n u x 和x i o 的智能家居原理研究与实践 简单地说，本文提供了一种基于l i n u x 和x i o 的智能家居解决方案。 1 4 本章小结 本章开头阐述了家庭自动化的现状及其重要性，从而引出本文系统要解决的问 题。接下来介绍了比较古老，也是非常流行的x i o 协议的历史及其大致原理。然 后介绍了l i n u x ，及其历史、发展现状及其在智能家庭中应用的优点。本章最后 说明了本文的实现目标。 1 2 东华大学硕士学位论文 第二章x i o 及智能家居原理 2 1 智能家居技术分析 目前，国内智能家居系统研发、生产商在逐渐增多，国外的产品也不断涌入， 各种智能家居系统也是各有千秋，但从技术角度来看大致可分为以下四种： 1 x - i o 协议。x - l o 是以5 0 h z 或( 6 0 h z ) 为载波，再以1 2 0 k h z 的脉冲为调 变波( m o d u l a t i n gw a v e ) ，发展出来的数位控制技术，并制定出一套控制规格， 是以电力线为连接介质对电子设备进行远程控制的通讯协议。在许多国家已广泛 的应用于家庭安全监控、家用电器控制、室内照明控制、背景音乐控制和住宅仪 表数字读取等方面。x - l o 系统一般由发射模块和接收模块组成，各组件可设定 不同的编码( 地址码) 以示区别。使用时，控制组件可插入室内不同的电源插座， 家庭其他系统内的设备就可以执行控制命令了。该系统的特点有：安装施工简 便，系统调试比较简单；可用于旧房子改造工程，新房子装修工程，已装修房的 改装工程；系统稳定、可靠、安全；使用方便，操作简单；具有系统扩展功能； 有多种模块面板；产品价位比较底；有执行指令冲突可能。目前国内也有多家生 产x - i o 系统的公司。 2 总线技术。总线技术在智能家居行业当中，目前可以算是应用最为广泛 的一种技术手段。消费电子总线技术( c o n s u m e re l e c t r o n i cb u s ，c e b u s ) 是美 国电子工业协会( e i a ) 于1 9 8 4 年4 月开始组织开发出的家居网络标准，于1 9 9 2 年正式推出，并定义为i s - 6 0 e i a 一6 0 0 标准。参与研究开发( c e b u s ) 的公司多达 几百家，像i b m 、b e l l 、s o n y 等都是它的会员。c e b u s 是一个较完整的开放系 统，并要求控制信号在所有的介质中都要以相同速度( 1 0 k b i t s ) 传送，从而有 效的避免了信号传输中可能出现的“瓶颈”问题。但由于c eb u s 接口技术比较复 杂，价钱非常昂贵，因此c e b u s 在中国的应用也不多见。另还有香港永泰锋发明 的埃普总线技术( a p b u s ) 、r s 一4 8 5 总线技术、i b u s 总线技术等。但在总线技术 下生成的智能家居系统，最大的特点是具有可扩展性：工程安装也不是很复杂； 由于科学技术的不断发展，新生成许多总线协议下的智能家居系统的价格也不是 很高，目前市场的销售情况也很不错。 3 放射性布线系统。立足于国内市场的一些智能家居厂商，所研发的系统 1 3 基于l i n u x 和x l o 的智能家居原理研究与实践 多数是放射性布线系统。该系统的价格是特别适合我国的大多地区的推广，只是 它的安装工程相对比较复杂、只适合清水房的前期安装、系统扩展性及兼容性也 不很理想，但从其功能上来说足可以满足一般中等家庭的需求，其价格也是很容 易让人接受的，因此在一些小区当中采用该系统的比较多。 4 无线技术。由于多数智能家居系统的布线工程比较费事，所以在一些新 的智能家居商家所研发的系统，就立足解决这个难题。目前这一问题虽然没有得 到完全、彻底的解决，但是已经大大减少在整个施工过程中的布线工程量，但由 于它的出现属于一种新的方式，所以其价格就相对高一些，有的进口系统价位甚 至高达1 0 万元以上；还有部分系统采用的蓝牙技术，其产品更为昂贵且在国内 也并不常见。在国内有代理的美国m a x 产品就是一种高端产品，还有国内自主研 发的产品都大大减少了布线施工量。但其成本较高、易受干扰、保密性差、同时 人们长期生活在较强电磁波的环境中，究竟对人体健康有多大的影响，现在还没 有确切的科学定论 3 。 毒 2 2x 10 协议 x l o 是以6 0 h z ( 或5 0 h z ) 为载波，将1 2 0 k h z 音频信号限制在一个很小的带宽 内，形成一个音频脉冲，然后以1 2 0 k h z 调变信号在每一正弦波周期上有无和交 流电信号的过零点检测( z e r oc r o s s i n gd e t e c t ) 很好地结合在一起，再加以调 制形成良好的方波电平信号，即电源线调变信号取代数据o 与1 ，由此在一定个 数的周期内得到了一个简单的数字信号组合，通过对该数字信号组合进行规范， 形成了一个简单的通信协议。音频信号通过耦合变压器加载到电力线上从而将控 制指令通过电力线传送到目的地。 x l o 协议中的1 和0 如图2 - 1 所示，在一个周期中，如果正弦波上升沿有一个 脉冲( 1 2 0 k h z ) ，并且紧跟着的过零点无脉冲，代表二进制的“l ；正弦波上升 沿没有脉冲，并且紧跟着的过零点有一个脉冲，代表二进制的“o 7 。 1 4 东华大学硕士学位论文 图2 1x 1 0 协议中的1 和o x l o 帧分为数据帧和控制帧两种，如图2 2 ，每帧由1 1 个周期( c y c l e ) 正弦波 组成。 数据码( d a t ac o d e ) ：依据功能码分为数字码或命令码。 功能码( f u n c t i o nc o d e ) ：定义帧类型，0 为数据帧，1 为命令帧。 地址码( a d d r e s sc o d e ) ：系统中为了识别网络中的不同设备，采用了1 6 进制 编码，称之为地址码，这样系统中的所有被控制设备都被赋予一个惟一地址码， 即1 6 个不同的类组码，每一个类组地址又可再区分为1 6 个单位码，分别用字母 ( a 、b 、c p ) 和数字( 1 、2 、3 1 6 ) 表示，对应为根码和子码，一共可有 1 6 1 6 = 2 5 6 个可能的地址组合，因此这套系统可容纳2 5 6 个不同的地址，用于表 达节点i d 。编码如图2 3 所示。 命令码( c o m m a n dc o d e ) ：代表指令发出者要求接收节点执行怎样的控制动作， 如：a 1 一o n ，a 1 _ o f f 。通过设置的i d ，不同的节点只响应含有自己i d 信息的 控制信号，并执行控制指令要求的任务，以对灯光的控制而言，每一个地址上可 以执行的命令如：开o n ( 0 0 1 0 1 ) ，关o f f ( 0 0 1 1 1 ) ，灯光调暗d i m ( 0 1 0 0 1 ) ， 灯光调亮b r i g h t ( 0 1 0 1 1 ) ，全部灯亮a l l1 i g h t so n ( 0 0 0 1 1 ) ，以及全部灯熄 a 1 1u n i t so f f ( 0 0 0 0 1 ) 等功能。 1 5 图2 - 2x 1 0 协议帧类型 a 一0 1 1 0 e = 0 0 0 1i o l i im - 0 0 0 0 b 。1 1 1 0 f = l ljj i mi l l ln l o c o o l o g - 0 1 0 1k - l lo - o l d - 1 0 1 0 h 口1 1 0 1l n l 0 1 1p 一1 1 0 0 1 0 1 1 0 05 t o 伽l o9 - o l l l o1 3 0 0 0 0 0 2 a 1 1 l o o6 一l 0 0 1 01 0 一1 1 l l o 1 4 ；l o o o o 3 - o o l 7 0 0 l o l o1 1 - o o l i o1 5 ；o l o o o 4 = 1 0 1 0 0 8 = 1 1 0 1 01 2 = 1 0 1 1 0 1 6 = 1 1 0 0 0 图2 - 3x 1 0 编码 x 1 0 要传送数据时，先发送启动码( s t a r tc o d e ) 来标识，如图2 4 所示。当 接收器收到3 个连续脉冲，并且紧跟着的过零点无脉冲，这样的启动码信号时， 就准备接收真正的数据 7 。 图2 - 4x 1 0 启动码 例如：图2 - 5 所示为使用x 1 0 协议给i d 为p 1 的节点传送数据的第一个帧内容。 从图中可知： 1 ) 1 个帧由1 1 个周期的正弦波组成： 2 + 4 + 5 = 1 1 2 ) 传送数据的第一帧= 启动码+ 节点的地址码( p 1 ) 1 6 东华大学硕士学位论文 八八八八八八八八八八八 ”j 1 厂v 。v v l7 u 。v 。，v 。v 。u 启动码 。1 ” l 2 罂1 _ ：2 苎罂一一_ 1 一盐罂一j 图2 - 5x l o 协议给p 1 节点传送数据的第一帧 2 3x l0 控制原理 图2 - 6x 1 0 控制原理图 图2 6 为本系统使用的x l o 控制原理图。系统主要由发送和接收信号两部分组 成。控制信号从运行着支持x l o 协议软件的p c 上发出，通过与p c 相连的x l op c 接口模块，x l op c 接口模块将信号通过电线发送给信号中指定的模块来控制电 灯。其中： ( 1 ) x l op c 接口模块，本文使用的是c m l1 a ，它是一个t r a n s c e i v e r ，即可以接 收和发送x l o 信号，用r s 2 3 2 口和p c 相连。 ( 2 ) x l o 接收器( r e c e i v e r ) 模块，通常被连接到墙壁上的电源插座或者嵌入到 电器的开关中，它们会监听接收控制信号并做出必要的响应，将对应的灯具和家 电开启或关闭( o n o f f ) 。本文使用的是a m 4 8 6 ，这是一种只能控制开关的简 单x l o 模块。 ( 3 ) 交流电线，就是家中常见的2 2 0 v 的电线，主要是将信号从x l op c 接口模 块通过电线送至连接有灯具等家电的x l o 接收器模块。 1 7 基于l i n u x 和x i o 的智能家居原理研究与实践 2 4 智能家居 智能家居或称智能住宅，是以住宅为平台，兼备建设设备、网络通信、信息家 电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便 利、环保的居住环境。 2 4 1x 10 国内外应用现状 国外的发展情况：在智能家居2 0 多年发展过程中，x l o 技术是最耀眼的明 星。它在美国的发展已经2 5 年的历史了，到目前为止美国的x - l o 用户已经达到 1 0 0 0 万以上，x l o 控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。 欧洲版的x - l o 发展也相当迅速并得到普及，这一技术也已经进入亚洲。 国内的发展现状t目前应用x l o 技术的产品在我国还不多，国内的x l o 技术刚 刚起步，国内有些厂家和代理商也推出了针对中国住宅情况作了改进的x l o 配套 产品。在上海、天津等大城市也已经开始销售x l o 产品，但有很多产品都是国外 的代理产品，价格比较高，不易被老百姓所接受。 2 4 2 本文智能家居系统结构 图2 - 7 本文智能家居系统结构 1 8 i n t e m e t 终蛐通过i n t e m e t 远程控制 r 一 东华大学硕士学位论文 图2 - 7 为本文的系统原理图。如图所示，家庭中有计算机网络、智能家电网络 以及有线电视网络和电话网络，这些网络统一由一个家庭控制器( 如p c ) 来统一 控制和管理。用户可以在家里通过终端( 如p c ) 来控制，或者通过i n t e r n e t 使 用远程的终端来控制。 本文暂时只针对上图家庭网络中的x l o 家电网络和计算机网络，构建此系统的， 核心一家庭控制器上运行的小型家庭操作系统。在此操作系统中将集成家电控 制软件一m i s t e r h o u s e ，远程控制软件( 如v n c ) ，软件防火墙等，使用户可通过 。 本地和远程( i n t e r n e t ) 的终端安全地控制家电和计算机。 2 5 本章小结 本章大致说明了目前有的智能家居技术，并做了简单比较。第二、三节详细 地介绍和分析了x i o 协议的原理和应用方法。然后，介绍了x l o 及智能家居的国 内外发展现状。本章最后说明了本文的智能家居系统结构。 1 9 基于l i n u x 和x l o 的智能家居原理研究与实践 第三章l i n u x 简析和本文软件系统设计概要 3 1l i n u x 内核和启动简析 3 1 1lin u x 内核结构 介绍和分析l i n u x 内核的书已经很多，这里就不再详细描述，l i n u x 内核大致 可由下面几部分组成 8 ： ( 1 ) 系统进程及进程间的通信机制 l i n u x 中进程的数据结构t a s k _ s t r u c t 进程的调度和控制 进程间通信机制：信号、管道及s y s t e mv 的通信机制 ( 2 ) 内存管理 内存管理体系结构 分页机制 内存映射和交换机制 内存分配、回收 ( 3 ) 设备驱动程序 驱动程序( 模块结构、并发和竞态、时间相关操作、中断处理、内存分配、 l i n u x 设备模型及与硬件通信) 字符设备驱动程序 块设备驱动程序 网络设备驱动程序 ( 4 ) 文件系统 l i n u x 文件系统 虚拟文件系统 p r o c 文件系统 ( 5 ) 网络 t c p i p 及s o c k e t 接口 s o c k e t 东华大学硕士学位论文 ( 6 ) 中断 ( 7 ) 定时器和时间管理 3 1 2lin u x 启动 l i n u x 系统的启动过程如图3 - 1 所示。 图3 - 1i a n u x 系统的启动过程 系统启动，或者重新启动时，处理器将在众所周知的位置执行代码。在p c 上，这个位置处于基本输入输出系统( b i o s ) 中。系统找到启动设备后，第一阶 段所用的b o o tl o a d e r 被装载到r a m 中并被执行。这里的b o o tl o a d e r 小于一个 扇区的大小( 5 1 2 字节) ，而它的任务就是加载第二阶段的b o o tl o a d e r 。 当负责第二阶段的b o o tl o a d e r 位于内存中并被执行时，通常会显示一个一闪 而过的屏幕，然后l i n u x 以及可选的初始化内存盘( i n i t r d ) 会被装载到存储器 中。当系统镜像被加载时，第二阶段的b o o tl o a d e r 将把控制权转交给内核镜 像，与此同时，内核开始自解压并初始化。在这个阶段，第二阶段的b o o t l o a d e r 会检查系统的硬件，枚举那些附加的硬件设备，挂载根设备，之后加载 需要的内核模块。完成之后，第一个用户空间程序( i n i t ) 开始执行，更高层次 的系统初始化开始。 9 2 1 基于l i n u x 和x i o 的智能家居原理研究与实践 3 1 3init r d 剖析 1 什么是i n i t r d i n i t r d 的英文含义是b o o tl o a d e ri n i t i a l i z e dr a md i s k ，就是由b o o t l o a d e r 初始化的内存盘。在l i n u x 内核启动前， b o o tl o a d e r 会将存储介质中 的i n i t r d 文件加载到内存，内核启动时会在访问真正的根文件系统前先访问该 内存中的i n i t r d 文件系统。在b o o tl o a d e r 配置了i n i t r d 的情况下，内核 启动被分成了两个阶段，第一阶段先执行i n i t r d 文件系统中的”某个文件，完 成加载驱动模块等任