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1、 无线智能家居控制系统设计专 业 电子信息工程班 级40916姓 名张胜男指导教师李志华2012年 04 月 08 日摘要：随着计算机技术，通信技术和嵌入式系统的发展，智能家居正逐步走进人们的生活。一个典型的现代智能家居系统提供安防、家电控制、远程抄表和信息服务等功能。本文设计并实现了其中的智能家电控制系统。本文提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统，以ARM9 微处理器为核心 ，结合ZigBee 和GPRS 通信技术，根据实际需要实现对家居电子设备进行本地和远程两种方式的无线控制关键词：嵌入式 ARM9 无线 智能家居引言: 智能家居，或称智能住宅，在英文中常用Smart Home。智能
2、家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、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。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。智能家居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，实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。随着Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一
3、体化趋势日趋明显，现代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。随着嵌入式技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。 1、 无线智能家居控制系统总体结构及功能无线智能家居控制系统总体结构及功能文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统主要包括ARM9 核心控制模块，无线通信模块、LCD 触摸屏模块和家居电器，另外还有传感检测，语音报警和电源等模块。系统总体结构模型 图如图1 所示。图1系统总体结构模型
4、图其中ARM 是整个系统的控制核心，通过GPRS 和ZigBee 无线通信网络收发控制指令实现对家居电器进行综合监控，同时提供防火墙的功能，阻止外界对家庭内部设备的非法访问和攻击。无线通信模块分为本地和远程两部分，本地通信主要通过新型的ZigBee 无线通信技术实现系统与家居电器的通信，达到对其控制；远程通信是利用手机通过GPRS 通信网络或利用计算机通过互联网实现人与控制系统的通信，进而达到对家居电器的远程监控。采用无线通信技术省去了布线使家居布局更加灵活，远程控制使家居电器工作更加贴近人们的工作和生活要求。智能家居控制系统的具体功能包括：家居电器的综合监控：对所控制的家居电器进行开关、工作
5、参数的设置和工作状态的检测。室内环境信息采集：采集家居环境的温度、湿度信息和煤气、烟气等有毒气体的检测。自动报警：当检测到家居环境的温度、湿度、煤气、烟气等超标，或检测到有陌生人强行开启室门或进入室内时就自动报警，告知居室主人。本地控制：用户在本地可通过计算机或家居电器本身的操作键对家居电器进行监控。远程控制：用户远程可以通过手机短息或互联网对家居电器进行控制或工作状况查询。安全防盗：家居中的所有与控制系统连接的电器设备均可实现与主人通信，一旦盗贼对某设备进行操作，或某设备工作状态异常时，系统将立即通知主人，以达到安全和防盗的目的。2、 系统硬件实现系统硬件主要由ARM9 微处理器、GPRS
6、通信网络、ZigBee通信技术、LCD 触摸屏、语音报警和电源等模块组成。3、 ARM9 微处理器微处理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微处理器, 采用了ARM920T 的内核，0.13um的CMOS 标准宏单元和存储器单元，最高主频可以达到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的16Kb 指令Cache和16Kb 数据Cache，每个都是由具有8 字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，无需配置额外的组件从而减少整体系统成本，为手持设
7、备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。4、 无线通信网络GPRS 网络是覆盖范围最广，性能较为完善的无线网络，GPRS 网络本身具有较强的数据纠错能力，数据传输速率最高可达128Kb/s，能够保证数据传输的可靠性和实时性。ZigBee 技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低；采用GPRS 网络进行数据传输的模块体积小、功耗低，适合作为无线传感器网络的数据节点，ZigBee 技术与GPRS 通信网络相结合组成新的无线通信网络。GPRS DTU 无线通信模块采用成都众山电子有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。 ZSD2110 是一款使用GPRS 网络
8、进行数据无线透明传输的嵌入式DTU 模块。内置工业级GPRS 引擎和嵌入式处理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP 等众多复杂网络协议和SOCKET 标准，提供全透明数据传输和用户自由控制传输两种模式。同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通讯模式。用户不用关心复杂的网络协议，使用TTL 串行通信接口，就可以进行无线数据收发，使系统能够随时随地接入Internet。ZigBee 技术是一种新型的无线、短距离、低功耗组网通讯技术,具有低复杂度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和网络覆盖面积广等技术优势，工作在免费的2.4GHz-2.5GHzISM 微波段，具有较强的抗干扰
9、性和设备联络功能，能够实现1500m 的全向识别，传输速率最高可达10M bit/s，它支持3 种主要的自组织无线网络类型，即星状结构、网状结构和族状结构，这些网络具有较强的网络健壮性和系统可靠性。基于以上特点ZigBee 广泛应用于智能家居控制、工业控制系统。本文采用的CC2430 是一种真正的系统芯片（SoC）CMOS 解决方案，这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee 为基础的2.4GHz ISM 波段应用及对低成本，低功耗的要求，它结合一个高性能2.4GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心。5、 传感器与显示模块传感器包括煤气、烟雾等有毒气体检测器，人体红外探测器，门窗磁开
10、关，温度、湿度、光照度传感器等，所有的传感器都与无线传输模块P1R2000 连接，构成无线传感器网络并与控制系统实现实时通信。显示模块选用低电压低功耗的LCDl2832 液晶显示屏，LCDl2832 是一款分辨率为12832 的中英文图形液晶（黄色背光）显示模块，具有4 位/8 位并行2 线或3 线串行多种接口方式，内部置有8192 个1616 点阵的一级、二级简体汉字和128 个168点ASCII 字符集，用来显示82 行1616 点阵的汉字对话信息，构成全中文人机交互图形界面并显示当前时间、日期、星期、湿度、温度、定时提醒等信息和煤气等有毒的含量超标时报警提示的输出信息。6、 系统软设计整
11、个智能家居控制系统以ARM9 微处理器为核心，支持C 语言和汇编语言，本系统采用C 语言与汇编语言混合编程。低层驱动由汇编语言编写，对外留C 语言接口，人机交换采用Linux嵌入式实时操作系统。系统软件由系统主程序、初始化子程序、ZigBee 通信子程序、GPRS 通信子程序、传感检测子程序、显示子程序、报警子程序、数据处理子程序和远程控制子程序等模块组成，程序软件流程图如图2 所示 图2程序软件流程图结束语 这学期才接触嵌入式系统学了6周了感觉还称不上入门，我通过了解知道了嵌入式的发展前景很大，各个领域都用到了嵌入式，学好嵌入式不愁没饭吃。下面谈谈我了解的嵌入式的相关知识与应用：首先，嵌入式
12、系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式有如下几个突出的有点1.系统内核小，2专用性强，3系统精简4高实时性OS5嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，6嵌入式系统需要开发工具和环境。其次，嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式应用在很多方面，具体的可以分为工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，POS网络及电子商务，环境工程与自然，机器人，机电产品方面应用等方面。其中目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。其实用到嵌入式的地方还有很多，随着计算机的飞速发展嵌入式的价格越来越便宜也将更加普及，嵌入式是一门前途光明的学科。通过6周的学习学到的并不是很多，要想在这个领域中有所作为还需深入研究，我要走的路还有很多但我会一步一步走下去的。参考文献1王长涛，韩中华，张楠.基于GPRS的无线智能家居控制系统方案2褚光辉.无线智能家居控制网络设计3张永德，卫军峰，高安邦.基于DSP智能家居控制系统设计
