《嵌入型智能家居控制体系设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入型智能家居控制体系设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 嵌入型智能家居控制体系设计 1 绪论1.1 课题研究背景当今社会已经是信息化高度发达的社会，而科学技术在通信领域、 计算机和络领域的迅速发展使得信息化、络化日益普及，在这种背 景下众多的消费类电子产品已经升级为络、通信的终端节点，与计 算机、通信等技术逐步融合。随着信息化的普及和人们生活质量水 平的不断提高，很自然的需要将先进的技术运用到家庭当中，家居 智能化的需求逐步升温，近几年智能家居、家居安全以及络化的结 合运用逐渐的成为了一种流行的趋势。在房地产领域，一些商品房 将智能家居产品应用与物业管理和小区建设中，形成了一种独特的 卖点。在不久的将来，相信智能家居将会快速的在我国家居领域发 展
2、和普及。跟传统的普通家居相比，除了满足人们最基本的居住和 生活的需求，智能家居能提供更加方便舒适、更加有生活乐趣的高 品位家庭生活环境，提高人们管理家庭生活的效率的同时，还能极 大丰富人们与外界交流的方式，使得家庭时刻处于社会信息络之中， 及时获得必要的信息。人们可以在享受家庭生活的基础上更加专心 与工作或其他爱好，从而极大的提升生活质量。我国目前己经在智能家居市场上进行了一些投入，比如北京、上 海以及深圳等城市已经有一批运用了智能化技术的住宅小区，以这 些经济相对发达的点为中心，整快速地向周围城市辐射 12。而在当 前非常火爆的物联技术以及云计算的应用的飞速发展的背景下，国 家已经把智能化小
3、区的建设列为重点发展方向。随之而来的，应该 是在未来 5 到 10 年间，智能家居将会带动一批产业迅速发展，形成 很大的市场。智能家居的普及可以说是不可阻挡的，这将是人类家 庭生活的一次小小的革命，将极大改变我们传统的生活方式。而它 的发展也会带动相关行业的发展，比如消费电子产品、房地产业、 家庭服务行业、智能化装修等，这对于整个国家的经济发展来讲也 会起很大的推动作用，对于国家科技的进歩非常关键，可以说对于 国家和人们生活是双赢的3。1.2 课题研究的现状先来看一下智能家居的历史发展。1984 年，世界上第一个智能 建筑诞生于美国康涅迪格州，当时的智能化并不是非常发达，只是 将计算机系统应用
4、到了大楼的改造中，通-. 过计算机系统可以对它的空调、电梯等设备进行集中监控。为了加强交互性，还提供了一 些语音、邮件信息之类的通信服务。从此以后，很多经济发达的国 家例如美国、欧盟、澳大利亚和日本都开始研究智能家居的各种解 决方案，到现今阶段，美国、德国、澳大利亚、日本等国已经在这 个领域有了不错的成果，智能家居应用比较多。比较重要的应用系 统包括美国的 X-10、 LONWORKS 、 CEBUS(Consumer Electronic Bus)、日本的 HBS(Home Bus System)、欧洲的 EIB(European Installation Bus)和 EHS(Europea
5、n Home System)等。智能家居系统的 研究在国外已经比较成熟，美国一直处于领先地位。近年来美国很 多知名企和研究机构都对相关的项目进行了开发。包括 IBM 公司开 发的家庭主任、微软公司开发的梦幻之门 、MIT 的 Housen 项目和 Duck 大学的 Smart House 项目等。 智能家居的市场已经表现出诱人的行业前景和巨大的市场潜力，它 已经慢慢开启，并将迅速发展。预计到 2015 年，大约 70%的新房将 一定程度上具有智能型家居功能5。随着技术水平的日益成熟及稳 定其成本也越来越低，这对于智能家居的普及会起到越来越大的推 动作用。目前我国的智能家居正处在发展的萌芽期，但
6、上升比较迅 速，国内已经有不少厂商都加入到了智能家居产品的研发和生产当 中，也取得了不小的成果，特别是在低端产品的市场占据份额中。 比如：清华同方的 e-home、海尔的 U-home 和上海索博等6。国家也通过颁布相关政策积极促进智能化家庭的发展。比如将建 设智能化的示范小区列入了重点发展方向，把信息络技术的研究和 相关产品的开发作为国家技术创新的重点计划。相关部门还成立了 家庭信息络技术委员会。络技术的普及和智能化小区的发展也在逐 渐加快，并积极的推动了智能家居的发展。现在综合安放系统和三 表抄送系统等已经应用在了部分小区，智能家居的各个方面正在融 入人们的日常生活。智能家居是信息时代的产
7、物，是建筑艺术和信 息技术的完美的结合，其发展趋势主要体现在：信息化：目前信息 技术的发展和应用的不断的普及和深入，家居系统不再像过去一样 只是封闭的信息孤岛，而是逐渐发展成为社会信息络的一部分。节 能环保：现在节能和环保在家电产品的生成中地位越来越重要，智 能家居凭借自身的技术优势，实现了更好的控制功耗，调控室内环 境，实现资源的循环利用。标准化和模块化：以往智能家居系统的 研发单位没有统一的标准和心意，这造成了标准繁多且开发和使用 不方便的问题，现在在行业里标准的制定正在逐渐受到重视。个性 化：家居系统的使用也能反应个人的风格，具备个性化能力更能体 现人文艺术。因此充分考虑到系统方案的可配
8、置性以适应不同用户 的需求。智能化，人性化：随着智能化和络化在家居系统中的不断加深，家居系统也将进入智能控制的更高阶段仿人 智能化，实现人性化在智能建筑中的最大化，这将大大提升人们对 智能家居的认同和喜爱。2 系统总体方案的分析及设计2.1 智能家居系统的分析经过第一章的分析我们得知，当前某些智能家居系统的方案己经 发展的比较成熟，而且在行业中已经形成了一定的通用性和标准规 范，但比如布线麻烦，行业缺少统一标准和缺少 PC 的代替品等缺 点在于很多系统中依然存在。所以我们在设计系统时必须认真考虑 其中的一些关键因素，从技术发展的角度来改进系统，解决这些难 题，使方案更加可行，系统更加的实用。当
9、前流行的络通信技术注 重数据传输的速率和功能的丰富性，但是智能家居控制系统有自身 的特殊性。在家庭环境中，并没有很大的数据量要传输，所以也不 需要高速率的支持。低速率的通信方式反而成本较低，这点也符合 行业的要求。智能家居系统需要提供的功能应该包括各家电设备的 互联、组方式简单方便、成本低廉。从这个角度出发来考虑，所涉 及的系统应该较好的考虑下列因素：(1)标准化。这是该行业目前普遍存在的问题。现阶段各类家居 智能系统控制接口迫切需要有一个统一的标准，为设备制定一致的 控制接口和通信方式以及统一的编码方式等。(2)低成本。家庭络中可能会有较多的家电设备节点和传感器终 端，控制这么多的节点需要降
10、低组技术的成本，这是非常重要的卖 点之一13。(3)自组织。作为用户，不希望对系统的操作和管理很复杂，而 是能够方便快捷地进行操作。为了能达到这一目的，系统下各种资 源应该具备自组织能力和相互间良好的协调性，使得系统能够自身 完成复杂的工作，而不必使用户关心。(4)摆脱对 PC 的依赖。嵌入式系统能够完美的取代 PC 机来对整 个系统进行管理，同时为了实现家电设备与 Internet 实现信息的交互， 嵌入式处理器可以直接连接络或者在硬件平台安装一个移动通信模 块来达到目的。(5)良好的扩展性。智能家居系统包括很多的家电设备，但随着 科技的飞速发展和合人们对家庭设备需求的不断提高，将来会有很
11、多新的设备加入，那么系统是否能够方便的进行重新组，是否能够自动的进行升级也是不容忽视的要素。3 嵌入式家庭关开发环境的搭建. 21-293.1 交叉编译环境的建立 213.2 U-boot 的编译 21-223.3 Linux 内核配置和编译 22-263.4 根文件系统的构建与移植 26-273.5 嵌入式 WEB 服务器的移植 27-283.6 本章小结 28-294 ZIGBEE 家庭无线络分析 29-354.1 ZIGBEE 技术概述 29-314.2 ZIGBEE 协议分析31-334.3 ZIGBEE 硬件平台 33-344.4 本章小结 34-355 家居控制系统的实现 35-6
12、05.1 家庭关的设计 35-405.1.1 CGI 的介绍 355.1.2 家庭关的 CGI 程序 35-405.2 ZIGBEE 无线模块的设计开发 40-565.3 视频监控的设计与实现 56-585.3.1 ffmpeg 的简介 565.3.2 ffmpeg 的移植和配置 56-585.4 本章小结 58-60结论本文在分析了当前智能家居的现状后，确定了以 ZigBee 无线局 域的传输方式为基础的嵌入式解决方案，解决了存在的问题。在嵌 入式 Linux 系统下，移植了嵌入式 WEB 服务器，搭建起嵌入式家庭 关，并选择了无线局域中比较新的 ZigBee 技术进行家庭内家电络的 无线通
13、信，完成了相应模块的设计。同时运用了 CGI 技术进行家庭 关的开发，并移植 ffmpeg 实现视频监控。具体的设计与实现工作包 括以下方面：1.通过分析智能家居的现状以及比较几种家电通信的解决方案后， 确定了以嵌入式技术为基础，结合 ZigBee 无线局域通信的解决方案。2.搭建嵌入式开发环境的基础上移植了 BOA 服务器，作为家庭 关。3.进行嵌入式家庭关的开发，并设计了登陆家庭关的页，用户可 以通过该页登陆后，点击选项来控制家电的幵关，同时可以选择观 看家庭录像。4.研究了 ZIGBEE 协议，并幵发了自己的应用，实现了温度采集 模块。家电控制模块和门禁火灾监控模块的功能。5.移植了 ffmpeg 这个功能强大的视频库，利用它建立一个流媒 体服务器，通过配置和编译，下载到开发板，实现远程登陆观看实 时监控的功能。
