嵌入式系统 课程小论文

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1、-物理与电子工程学院嵌入式系统设计课程小论文课题题目别级业号嵌入式系统在智能家居中的应用系年专学物电学院电信Y091电子信息工程学生姓名 日 期Y10109139吴晓婷2012/10/8第一章 智能家居的概述 第二章 嵌入式系统的概述 第三章 嵌入式系统在智能家居中的应用 第四章 总结摘要：最近几年,嵌入式系统在智能家居的应用越来越广泛，我在这里简单介绍了智能家居及嵌入式系统的概述，主要通过一些实例介绍了嵌入式系统在智能家居中的一些应用.随着社会经济和科技的发展，人们对生活的要求越来越高，越来越多的人希望在辛苦 工作回到家后能够过上安逸舒适的家居生活，缓解一天下来的疲乏.于是智能家居也渐渐的

2、发展了起来。智能家居利用先进的技术，通信等把智能与家居结合起来，是一个有巨大发 展前景的项目.智能家居是一个多功能的系统,它的基本目标是将家庭中各种与信息相关的通信设备、 家用电器和家用安防等装置连接到一个智能化系统上进行集中或异地的监视、控制和家庭 事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。智能家居包括可视对讲、家庭 内部的安全防范、家电控制、远程的视频监控、远程医疗诊断及护理系统、网上教育系统、 家庭的影音系统等.智能家居通过单片机和嵌入式系统的有效结合来控制软件程序，大大增加了智能家居 的性能和功能。第二章 嵌入式系统的概述国内普遍接受的嵌入式系统的定义为：嵌入式系统是以应用

3、为中心，以计算机技术为基 础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。该定义更能体现嵌入式系统的基本特征。首先该定义突出了嵌入式系统是面向应用的, 与具体的应用结合才能体现嵌入式系统存在的必要性，不同的嵌入式系统具有不同的功能 和要求。开发者一定要针对具体的应用要求设计嵌入式系统。嵌入式系统由硬件和软件两大类组成, 是嵌入式系统的核心，负责控制整个嵌入式系 统的执行。嵌入式CPU大多在为特定用户群所专门设计的系统中工作，它将通用CP U中许 多由板卡完成的任务集成到芯片内部,从而实现嵌入式系统的小型化，使系统具有高效率 和可靠性。嵌入式微处

4、理器具有对实时多任务有很强的支持能力；具有功能很强的存储区 保护能力；可扩展的处理器结构，以满足快速地开发出满足应用需要的最高性能的嵌入式 微处理器;功耗低等特点.第三章 嵌入式系统在智能家居中的应用(1)智能家居最典型的就是家庭自动化(HomeAu to ma tion)和楼宇自动化(uildingAutomation)。 家庭自动化系统可分为以下系统： 照明控制系统:提供灯光的调光、场景控制； 家居安防系统：通过各种传感器与安防模式,实现防盗、防灾与求助； 电器控制系统：包括红外家电控制、连接网络家电等功能;环境控制系统:对窗帘、通风设备、采暖设备、空调器等进行统一管理； 互联网远程监控：

5、经由网页浏览器，远程控制家庭设备;电话远程控制：通过电话、手机，随时随地控制家中设备； 网络视频监控:通过浏览器，在办公室就可以看到家中的情景; 智能化协同工作：设备之间可以设计联动操作,实现协同效果； 室内无线遥控:通过无线射频、红外遥控等手段。对家用设备迸行遥控。 家庭自动化系统是在嵌入式系统的基础下发展的 ,通过嵌入式系统技术可以实现家中 的各种设备通过家庭网络连接到一起的高度智能化的家庭自动化系统。智能家居让我 们用更方便的手段来管理和控制家庭设备，给我们带来最大程度的高效、便利、舒适 和安全的生活环境。 楼宇设备自动化的发展历史要更久远，其主要应用是在大楼、小区内。它将各类传 感器、

6、照明系统、通风供热空气调节系统、供电系统、供水系统、消防报警系统以及 安全门禁系统组成一个整体各系统独立运行，集中监控。它关心的是使上述的各个 系统能安全有效的运行，实现的是功能级集成。2)智能家居最主要表现在家庭智能控制系统中。家庭智能控制系统的主要目标是将原 来分散独立的电器、安防装置通过HBS总线技术，集成为一个智能化系统，进行集中或 分布的、本地或异地的监视、控制和事务管理。它是一个有线连接的总线型系统.通 过计算机网关可同时接入多个子系统，每个予系统是一个总线型网络拓扑结构，系统 中任何设备都连接到总线上.家庭智能控制系统是一个基于编址技术的总线系统，系统中控制类和驱动类模块都 有一

7、个遗址，它们之间的控制关系也是由地址决定的。通过手持编址器,用户可以方 便的给控制类或者驱动类模块的地址进行编程，从而实现控制器对驱动器的一控一、 一控多、多控一、联动等关系.而这种控制关系可以在系统运行对在线改变，整个系 统结构具有极大的灵活性，能满足用户多方面的需要。(3) 嵌入式系统也应用在家庭网络中。嵌入式系统通过采用片上系统SoC (System On-a-Chip)技术来实现家庭网络平台.片上系统SoC是一种高集成度、高速度、低功耗、 低价位的半导体技术，它在3C的整合中发挥着显著的作用。家电产品对低功耗、低价 位的需求，以及其变化快的特点决定了在家电产品中采用SoC技术进行产品开

8、发的必 然趋势。针对家庭网络对家电实现信息传输、状态读取和控制的要求，SoC平台包括了嵌入 式微处理器、数据存储器、多种网络接口(无线、有线、电源线等)、非挥发存储器、 数模/模数转换接口及其它类型的外设接口和驱动器；它支持嵌入式操作系统、通讯 协议和浏览器；可根据需要进行重构和再配置。对于一个家庭网络控制SoC平台，必 须综合考虑网络协议、控制对象、高可靠性、多介质兼容性以及高性价比.作为整体 数字家庭网络的一个重要组成部分，家庭网络对其SoC提出了更加苛刻的要求。家电控制中主要是开关量和模拟量，因此，我们设计的SoC平台提供了四个8位的通 用输入输出口；并设计了可编程控制阵列PCA、ADC

9、、SPI、12C、LCD等接口来满足家 电产品中控制和指示功能的实现。由家电联网控制功能组成的家庭网络，是一个轻负载的控制网络.它从成本和功能 方面考虑，家庭网络SoC平台的内核采用8位的M CU.SOC不仅是未来集成电路必然的设计趋势，也将是未来3C整合科技的关键技术。(4) 在嵌入式系统中，可以采用嵌入式多任务实时操作系统C/0S-II,它具有简洁高 效、易于移植、可裁剪等特点。它可以管理最多63个任务，且提供良好的任务控制API 使得用户可灵活简便的控制各个任务的运行。通过这个程序可以对智能家居中的各部 分进行模块化的设计。包括远程控制模块、安防报警模块、环境控制模块、信息家电 模块。其

10、中，安防报警模块的优先级是最高的，其次是环境控制模块，然后才是远程 控制模块和信息家电模块。对这些模块，口C/0S-II操作系统设计了相应的独立任务来 完成所需的功能。主要包括主程序任务、安防报警任务、环境控制任务、远程控制任 务和信息家电控制任务。主程序任务是其他它各个任务的创建者，由它来管理各个任务的创建及运行。所 以，在程序运行时首先创建主程序任务,它的显示界面将提供其他各个任务进入菜单. 当需要对某个节点进行控制或状态查看时,就进入它所在的模块菜单中，主程序就创 建此模块任务进行对此节点的控制。主程序任务默认首先创建安防报警任务，因为它 需要最高的优先级。在整个系统上电后,首先要进行系

11、统初始化，再进行蓝牙网络的硬件初始化,再进 行操作系统口 C/OS-II的载入及初始化，接下来口 C/OS-II利用OSTaskCreat ()创建主 程序任务。主程序任务默认又创建安防报警任务进入运行状态。当要进行其它模块任 务的创建时就需要将安防报警任务挂起，等其它模块任务退出后再恢复运行安防报警 模块。每一时刻在UC/OS-H最多只有两个任务处于运行状态，这样做和好的保证了 系统的实时性。(5) 上面所说的利用嵌入式多任务实时操作系统C/OSII对智能家居中的各部分进 行模块化的设计是嵌入式系统的软件设计。嵌入式系统在智能家居中的应用还有硬件 设计.硬件设计是通过蓝牙技术来实现的。蓝牙技

12、术是一种无线数据与数字通信的开放性规范,用微波无线通信技术取代数 据电缆来完成点对点或点对多点距离的通信.蓝牙技术的主要优点有：可以随时随地 地用无线接口技术来代替电缆连接；具有很强的可移植性；可用于多种通信场合；它 功耗低，对人的危害极小。蓝牙集成电路应用很简单、成本低廉、易于实现且易于推 广。蓝牙技术应用了全球统一的频率(ISM频段)设置。ISM频段是对所有无线电系统 都开放的频段，使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。因此蓝牙技术特别 设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。蓝牙体系结构中的协议可分为四层:核心协议、电缆替代协议、电话传送控制协议 和可选协议。除了这些协议层外，规范

13、还定义了主机控制器接口(HCI)，它为基带 控制器、链路管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。在家居控制器上使用蓝牙技术主要是为了给家居控制器的各个功能模块提供无线 传输的方式，对蓝牙的高层协议并没有太大的需求，因此在家居中央控制器上可以采 用蓝牙模块加开放蓝牙协议的方式开发蓝牙功能。信息家电可以采用蓝牙模块加单片 机的方式实现蓝牙功能它是实现方法是：在蓝牙HCI层的基础上，根据信息家电信息 传输的实际需求，建立相关协议，利用单片机直接和蓝牙硬件模块交换HC I指令，实现 信息交互。第四章 总结科技进步、经济发展，智能家居也随着应用广泛起来。嵌入式系统技术在智能家居中的应用将会成为当今时代的潮流.随着时代的进步,智能家居在我们的生活中将会得到广泛 的应用，以后我们的生活将会变得更便捷、更舒适。参考文献:1董杰.智能家居系统的组成及设计J 科技情报开发与经济.2007。17 (14).2金建设。嵌入式系统基础教程M。大连：大连理工大学出版社,2009。