智能家居控制系统的设计及实现

自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 2期 Techniques of Automation 2 合肥聚英高新电子科技有限责任公司 安徽 合肥 230051 摘 要 随着计算机技术 网络和信息技术的不断发展 以及人们对生活要求的不断提高 享受智能化的家居生活已经成为可能 并且 成为必然的趋势 本文主要介绍一种基于 32 位嵌入式处理器 ARM9 平台和GPRS 无线网络通信技术的智能家居控制系统 该系统主要针对普通住宅小区家庭用户而设计 它可以对用户住宅内的安全状况进行集中监控和管理 并实现对家用电器设备 的远程控制 关键词 智能家居 ARM9 GPRS 中图分类号 TP29 文献标识码 B 文章编号 1003 7241 2010 02 0093 04 The Design and Implementation of Smart Home Control System YAN Zhe1 DU Tao1 ZUO Hai li2 1 Department of Automation Harbin University of Science and Technology Harbin 150080 China 2 Hefei Juying Gaoxin Co Ltd of Electronic Technology Hefei 230051 China Abstract With the development of computer technology networking and information technology as well as the requirements for the continuous improvement of living enjoying intelligent household life has become possible and become the inevi table tendency This paper mainly introduces a kind of smart home controll system which based on 32 bit embedded processor ARM9 platform and the GPRS wireless network communication technology This system is mainly designed to aim at the ordinary residential district family user which can realize the concentration supervisory control and manage ment to the housing safe condition and achieve the household electrical appliances remote control Key words smart home ARM9 GPRS 收稿日期 2 0 0 9 0 7 0 1 1 引言 1984 年美国首次出现了 智能型建筑 从此揭开 了全世界争相建造智能家居的序幕 随后 以美国微软 公司为首的一批国际知名企业 先后跻身于智能家居的 研究与开发中 有关机构统计表明 在 2006 年 国际智 能家居产品销售额达到 184 亿美元 2008 年高达648 亿 美元 目前 全球家庭智能化市场正在以 8 的速度增 长 预计到2010 年在欧美等发达国家50 以上的新房将 具有一定的 智能型家居 功能 中国人首次接触 智 能家居 一词是在 20 世纪 90 年代中期 经过几年的发 展 我国在智能家居技术领域与欧美国家的差距逐渐减 小 目前 仅滞后 2 3 年的时间 已有包括海尔 TCL 清华同方等大型企业在内的数千家中国企业正日益成 为此行业中的生力军 建设部要求 到 2010 年大中城 市中60 的住宅要实现智能化 4 6 现存大多数智能家居系统中仍采用 8 位或 16 位单 片机作为智能控制器的核心处理单元 功能比较简单 单一 远程数据或命令的传输使用有线的传输方式虽然 安全 可靠 但是维护成本高 扩展性能差 还经常受 到架线环境 传输距离等条件的限制 随着人们对高 质量生活水平的要求和消费电子技术的发展 这种传统 的家居控制方式已经成为家庭信息智能化进程的绊脚 石 所以 开发更加先进 智能的家居控制系统在满足 家居生活更加舒适 安全 有效的同时也迎合了人们 追求个性化 自动化 智能化 高档化的心理需求 目 自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 2期 94 Techniques of Automation 组网技术由有线向无线发 展 硬件平台性能日益提高 设计上实现功能模块化及 系统平台综合化 远程控制实现多样化 家庭网关重视 度提高 2 2 系统总体设计 为了克服传统家居控制系统的弊端 本文提出一种 基于32 位 ARM9 处理器和 GPRS 无线通信技术的智能 家居控制系统的解决方案 该解决方案主要实现以下 三个功能 安防报警 远程监控 家电控制 2 1 智能家居控制系统硬件 软件平台 2 1 1 系统的硬件平台选型 如图 1 所示 控制系统硬件主要包括 ARM9 处理 器 SDRAM 存储器 FLASH 存储器 GPRS 模块 以 太网模块 摄像头等 处理器采用 Samsung 公司的 S3C2440 SDRAM 存储器采用64M 同步动态随机存储 器 HY57V561620FTP H FLASH 存储器采用 64M Nand Flash K9F1208U0C 和2M Nor Flash 39VF1601 GPRS 模块选用 SIM300 以太网模块采用网络芯片 DM9000 摄像头使用中星微301P 2 1 2 系统的软件实现 采用开放源码 支持各种网络协议的Linux 作为操 作系统 C 语言和 Java 作为主要的软件开发语言 结合 控制系统的实际功能需求完成通用网关接口CGI 程序 Boot Loader 程序 嵌入式操作系统内核和 Linux 根文 件系统的剪裁与移植 内核编译采用的交叉编译环境 采用 arm linux gcc 3 4 1 版本 在内核剪裁之后执行 make dep make zImage 三个指令 生成内核映像文件 zImage 1 图 1 智能家居控制系统构成图 控制器需要多个设备驱动程序 作为内核的一部分 驱动程序主要完成以下功能 对设备的初始化和释放 把 数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据 读取应用程 序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据 检测和处理设备出现的错误 struct file operations 数 据结构提供文件系统的入口点函数 对设备的操作就是 通过调用file operations 结构体来调用驱动程序的设备 服务子程序 open read write close 驱动程序可选择 编译进内核或者以模块的形式存在 为了减小内核的大 小 系统中多采用模块方式 驱动程序设计完成后 编写 Makefile Kconfig 文件 分别执行make menuconfig 命 令选择驱动程序的加载方式 make modules 生成目标文 件 最后利用insmod 命令调用initial module函数将编译 好的模块调入内存即可 设置GPRS 模块的波特率 流控制 数据位和校验 位 修改模块源代码 以实现基本的报警功能 修改后的 主要代码如下 void gprs init 初始化 GPRS 模块函数 void gprs call char number int num 手机号码 void gprs write message char number int num 写短信 void gprs send message char number int num 发短信 void gprs receive message char mumber int num 接收短信 void gprs read message char number int num 读短信 void gprs delet message char number int num 删除短信 GPRS 模块的通信 调试都是主机通过 AT 指令实 现 下面是系统中用到的一些 AT 指令 AT CMGF 1 Enter 采用文本的格式发送 AT CMGS Enter 输入户主手机 号码 然后按 Ctrl z 发送短信 AT CMGL 列出预存信息 AT CMGR 读短信 AT CMGD 删除短信 2 2 功能描述及研究方案 2 2 1 安防报警功能 自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 2期 Techniques of Automation 对于电视 空调等可通过红外线控制的电器设备 系统采用带有以 太网接口的通用控制器统一遥控 对于自身具备网络接 入功能 支持远程平台控制的智能电器设备 直接接入 家庭以太网即可 智能家电的产生和发展将对传统家 电 计算机和通信业产生深远影响 图 4 Internet 接口连接结构 图 5 传统家电设备控制电路 下转第98 页 自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 2期 98 Techniques of Automation Applications 经验交流 Technical Communications M i n G o v e r n o r S p e e d R P M 调速器下限转速 2 8 0 0 R P M E X T R A D M C O N T R O L 抽汽 补汽控制 M i n E x t r A d m S e t p t 抽汽 补汽最小设定值 6 U n i t s M a x E x t r A d m S e t p t 抽汽 补汽最大设定值 1 6 U n i t s E A S p e e d E n a b l e S e t t i n g 抽汽 补汽控制投入转速 允许值 2 9 5 0 R P M E X T R A C T I O N S T E A M M A P D A T A 抽汽工况图 M a x P o w e r M i n E x t r 最小抽汽时最大功率 2 5 U n i t s M a x H P F l o w M i n E x t r 最小抽汽时最大进汽流量 1 1 0 U n i t s M i n P o w e r M a x E x t r 最大抽汽时最小功率 1 4 U n i t s M i n H P F l o w M a x E x t r 最小抽汽时最大进汽流量 1 5 0 U n i t s 在保障机组机械安全的方面 我们通过 Bently3500 检测到的汽轮机 发电机的轴振动 轴位移 转速等各 个参数的变化情况 给出机组运行的稳定性判断 为操 作者简介 李金凤 1 9 8 1 女 助理工程师 主要从事冶金 自动化工作 作者简介 闫哲 1 9 6 2 男 教授 研究方向 自动化技术 嵌入式系统 上接第95 页 上接第92 页 作人员提供直观的判定依据 5 结束语 干熄焦发电控制系统自投运以来 硬件体系安全可 靠 IO 通道故障检测准确可靠 各种连锁精确可信 调节 平稳 保障了机组的长期安全运行 降低了机组的停机 率 取得了很好的经济效益和社会效益 3 结束语 本文将先进的嵌入式处理器 ARM9 和 GPRS 技术 应用到智能家居控制系统中 使系统实现了远程监 控 安防报警和远程家电设备控制的功能 经过测 试 文中设计的控制系统解决了当前市场上一些家居 产品功能简单 协调能力差等问题 同时也提高了家 居控制系统的智能化程度 可靠性和抗干扰能力等 该控制系统还可以扩展摄像头实时抓拍功能 并将照 片通过 GPRS 模块以彩信的形式传送到用户手机上 因此 本控制系统具有较大的实用价值和广阔的市场 前景 智能家居的发展必将大大提高我国家庭信息智 能化程度 参考文献 1 朱华生 冯祥胜 基于ARM 智能家居控制器设计与实现 J ARM 开发与应用 2007 23 1 186 2 林旭东 智能家居系统相关技术及发展趋势 J 科技创 新导报 2008 7 6 3 李剑雄 张策 杨军 基于 ARM 和 DM9000 的网卡接口 设计与实现 J 微计算机信息 2008 24 5 123 124 4 张鸿恺 伍超 智能家居及其发展研究 J 黑龙江科技信 息 2006 32 266 5 夏涛 陶洋 基于四大模块的只能家居的研究与设计 J 武汉职业技术学院学报 2007 6 3 54 6 范学英 张明新 嵌入式系统概述 J 自动化技术与应用 2008 27 2 113 115 作者简介 夏梦芝 1 9 8 6 女 硕士生 研究方向 控制理论 与控制工程 3 杨兴瑶 电动机调速的原理及系统 M 北京 水利电力 出版社 1979 4 彭清祥 黄运生 陈学 绕线异步电机电流斩波式调速方 法的研究 J 自动化技术与应用 2007 26 4 85 87 5 王成山 黎家玲 晋帆 大功率异步电机转子电阻斩波调 阻调速装置中斩波器得参数设计 J 电气自动化 1992 l 8 15 6 徐云舫 陈津侯 童福尧等 绕线型感应电动机可控硅控 制转子电阻无级调速系统 J 电气自动化 1994 1 2 4 7 王兆