基于嵌入式的智能家居控制系统

嵌入式智能家居控制系统，主讲人：四物联201602上肢，智能家居控制系统概述：智能家居系统采用先进的计算机技术、网络通信技术、智能云控制、布线技术、人机工程学原理的医疗电子技术，整合个性需求，安全、照明控制、窗帘控制、煤气阀门控制、信息设备，智能家居研究背景和重要性，信息技术的发展和物质生活水平的提高，人们对家庭生活环境的要求越来越高，房子不仅是住宅场所，也是休闲、娱乐场所1。目前，高新技术已应用于智能住宅，智能的意义也在不断深刻变化，希望不仅能控制家庭设备，还能随时随地了解家里的情况，远程控制。智能家庭系统的总系统设计：嵌入式系统设计硬件设备触摸液晶屏控制浏览器控制系统测试，嵌入式系统，嵌入式系统体系结构，嵌入式系统构建，Uboot程序，Linux内核，根文件系统，嵌入式硬件平台，应用软件层，系统软件层，嵌入式系统的体系结构，嵌入式系统以应用为中心嵌入式系统由硬件平台、系统软件层和应用软件层组成，如图2.2所示。硬件平台包括微处理器和外围设备。系统软件层包含操作系统、根文件系统和基础驱动程序。应用程序软件层包含各种应用程序，如Qt应用程序。嵌入式硬件平台是确定系统具有的功能的系统体系结构的基础，上层是基于这些功能开发的。硬件平台包括微处理器、内存(ROM、RAM等)、通用外围接口(SPI、I2C、USB等)和I/O接口(数字到模拟转换接口、模拟到数字转换接口、模拟到数字转换接口、模拟到数字转换接口微处理器、时钟芯片和内存芯片由嵌入式核心控制模块组成，该模块根据工作需要添加控制模块的外围电路，从而实现功能扩展。Linux操作系统是系统软件层内核，负责分配系统的资源和调度任务，包含各种硬件驱动程序，可以针对特定应用程序裁剪系统内核、减少内核文件数和加快系统运行速度。应用软件层位于由电子邮件、字处理、通信软件、个人信息处理和人机交互软件组成的整个系统的顶层，根据特定需要在应用软件层针对目的开发，实现人机交互。构建包含uboot程序、Linux内核和根文件系统的嵌入式系统，如图2.3所示。Uboot程序包含引导程序和引导参数。Linux内核是嵌入式操作系统。根文件系统包括系统文件和应用程序等。uboot由DENX团队开发，用于各种嵌入式SOC(X86、ARM等)的BootLoader程序。Uboot是通用启动加载程序，可以加载各种操作系统(如Linux、VxWorks等)。第二种是支持多种体系结构的微处理器(例如PowerPC、x86、ARM等)。Uboot操作模式分为启动模式和交互模式，用于初始化硬件设备、设置内存空间映射和准备后续内核引导。交互模式用于文件下载，并将系统文件(如内核镜像)下载到内存中。Linux内核是嵌入式操作系统的核心，主要实现存储管理、设备驱动装载、文件管理、流程管理、网络通信和系统调用等功能。选择Linux作为嵌入式操作系统有三个原因。第一个专用功能，针对其他任务修剪内核，简化内核，提高工作效率和可靠性，第二个功能，Linux支持多种格式的文件(YAFFS2、CRAMFS等)，支持多种设备驱动程序(如网卡、音频和USB驱动器)，以及具有完整网络服务的多种网络协议。第三个Linux内核源代码是开放的，没有黑盒技术，众多志愿者一起工作，为Linux提供强大的技术支持。根文件系统与常规文件系统不同，常规文件系统是Linux启动后装载的第一个文件系统。根文件系统由包含运行系统所需的文件和程序(例如内核镜像文件、内置Qt软件等)的树结构组成。根文件系统中包含的目录具有固定的命名，表2.1显示了根文件系统的目录名及其说明。ARM920T核心是基于ARM公司设计的系统硬件，该公司选择S3C2440微处理器，由Samsung公司制造，是32位RISC微处理器。S3C2440微处理器配备了CMOS标准宏单元和内存单元，可根据以下情况在高性能和低功耗方面提供最佳功能：(1)整体架构：丰富且功能强大的指令系统、MMU支援多种作业系统，快取记忆体结构可减少执行频宽和延迟。(2)强大的系统管理：包括具有完全访问周期的大小端转换模式、断电时自动更新、具有多种启动模式：(3)高速缓存内存：包括用于直接写入和重写操作的64路命令和数据高速缓存。(4)多种电源管理模式：正常模式、正常运行模式；空闲模式，CPU时钟停止；省电模式，关闭所有外围设备电源；(5)丰富的扩展接口：触摸屏、IIC总线、IIS总线、SD主机、USB主机和SPI接口等。触摸液晶屏控制，触摸液晶屏控制实现由操作界面和串行端口通信，操作界面由Qt接口程序实现，串行端口通信由串行端口驱动器、Qt串行通信类和Linux系统函数执行(参见图3.2)。操作界面，操作界面主要使用Qt技术。Qt是基于c语言开发的图形界面软件，支持跨平台运行，每个操作平台都有相应的Qt软件安装包，Qt是特定的，使用的资源较少，无需安装其他软件。您可以在计算机上安装X86和嵌入式Qt软件版本，通过嵌入式Qt库编译创建的Qt文件，生成可执行程序，通过NFS根文件系统将程序复制到嵌入式主板，启动主板，然后在触摸屏上运行程序。Qt界面设计包括三个部分：安全设置、应用装置控制和环境信息。安全设置从系统和家庭安全方面考虑，防止外部人员进入系统，操作家庭设备和获取信息，造成安全和财产损失。家电控制主要包括照明、窗帘和空调控制。环境信息用温度和湿度传感器采集室内的温度和湿度信息。实现触摸屏和ZigBee协调员之间的数据通信的串行通信方式，数据通信是触摸屏液晶屏控制的核心。串行通信是异步通信，按位发送和接收字节，端口可以同时读取、写入数据等。串行通信布线可以通过接地、发送、接收轻松地在设备之间连接。串行设备与其他硬件设备一样，作为设备文件存在于Linux系统中，编写串行驱动程序模块，以insmod方式将驱动程序模块加载到Linux内核中，并使用Qt串行通信类和Linux系统调用执行串行数据操作。浏览器控制、使用B/S模式的浏览器控制、B/S模式的工作框架包括浏览器、web服务器、后台CGI程序和ZigBee协调程序，如图4.1所示。，工作流，(1)浏览器发送请求，在地址栏中装入web控制系统的URL地址时，浏览器将根据Http和TCP/IP协议生成请求消息，向服务器发送请求消息，消息中包含URL地址、请求方法和状态代码等信息。超文本传输(Http)协议是用于在浏览器和服务器之间传输超文本文件的应用层协议。TCP/IP协议(称为网络通信协议)包括网络层的IP协议和传输层的TCP协议，TCP/IP协议定义了设备与internet和数据的连接方式。(2)服务器返回响应，嵌入式系统的web服务器收到请求消息后解析消息，根据URL地址和请求方法在文件系统中查找该文件，并将文件以响应消息的形式(包括消息头和报纸样式)返回到浏览器。(3)调用后台CGI程序以实现控制板和ZigBee协调程序之间的串行通信。CGI程序获取浏览器发送的环境变量，根据变量的字节数打开内存空间以创建特定对象或结构，使用系统函数操作串行文件设备，以及向串行设备发送和接收数据。(4)从浏览器接收响应，并将文件呈现为包含Html文件、JavaScript文件、样式表、图片等的网页。这些文件不会由web服务器一次传递到浏览器，而是具有优先级，web服务器首先将Html文件发送到浏览器，浏览器接收并加载文件，如果浏览器发现Html文件包含JavaScript文件，则会再次发送请求，当web服务器请求JavaScript文件时，web服务器会根据请求在文件系统中再次查找该文件，然后将其返回到浏览器，其他文件也是如此。在多次请求和响应后，如果浏览器收到所有需要的数据，请求将停止，网页将成功加载。系统测试，根据以前的设计思路和实现功能测试智能家居控制系统的各种模块，如嵌入式系统、硬件设备、触摸液晶屏界面、浏览器页面等。全面测试系统，记录测试数据，根据测试数据，系统工作稳定，控制设备的运行状态，顺利实现初始设计思想和实现功能。总结和展望，根据嵌入式技术的自身特点和智能家居市场的发展情况，提出了系统设计和体系结构，实现智能家居系统家居设