嵌入式智能家居控制系统软件设计
本科生毕业设计（论文）开题报告
论文题目：嵌入式智能家居控制系统
软件设计
学院：电气工程学院
专业班级：自动化1204
学生姓名：刘芳春
学号： 120302433
导师姓名：王通
开题时间：2016年 3 月 18 日
1.课题背景及意义
1.1课题研究背景、目的及意义
目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。
基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。
由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。
为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。
嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。
1.2 课题国内外研究现状及趋势
随着全球化信息产业第三次浪潮的兴起，智能家居出现在普通人们的视
野之中。
上个世纪八十年代，随着电子技术的提升和成熟，非常多的上市家用电器都采用了电子技术。面对日益增多的家用电器，人们迫切希望出现一种自动化或者是智能化的家电管理系统。八十年代中期，出现了住宅自动化概念（HA，Home Automation)[8]，即，将家用电器、通信设备和安防设备这些传统上认为独立的功能整合为一个整体。八十年代末期，由于通信与信息技术出现突破性发展，开始逐渐出现了一些专门的商用系统，系统利用总线技术对住宅中的各种家电、安防和通信设备实现控制、监视和管理。
1984 年，美国联合科技公司（United Technologies Build ing System建成了全世界首栋类似于智能家居的“智能型建筑”CityPlaceBuilding，这是人们第一次见识到的建筑设备信息化、整合化的建筑物。从此以后，许多公司和机构纷纷加入搭建智能家居队列之中。比如，MIT、西门子、思科、IBM 、Xerox、微软等国际巨头。
2003年，Housing Learning & Improvement Network发布了一种对智能j家居的定义，并开展了 DTI 智能家居项目[9]。Nektarios Papadopoulos等提出并研究了一种连接家庭平台（CHP）和智能家居应用开发平台的架构[10]。Dae- Man Han 和Jae- Hun Lim提出和研究了一种基于ZigBee技术的智能家居能量管理系统[11]。有学者描述了一种智能家居系统管理协议的设计和实现[12]。还有人使用ZigBee或者蓝牙作为局域联网技术，使用万维网作为远程接入技术[13].
智能家居在国内的发展时间虽然较短，但是也取得了很大进步。与此同时，国内智能家居行业虽然正处于初步发展阶段，但是目前的发展非常迅速[14]。
2003 年，由联想带头、众多单位参与的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组正式成立，这就是大家都耳熟能详的“闪联”[15][16]。2004 年，海尔公司率领多个厂家协同推出新网络家电标准“e 家佳”[17][18][19]。此后不到一年，信息产业部确定“闪联”和“e 家佳”为行业推荐性标准。2012年，长虹公司推出自主研发的具有 5 种场景的智能家居体验馆，系统将多种应用场景和设备智能控制方式有机结合，形成一个家庭控制系统[20]。市场上其它比较成熟的解决方案有海尔家庭系统，TCL的智能家居系统等。
经过这些年的发展，我国的智能家居已经有了自己的特色。从最开始只能控制单一的设备，如控制灯光、远程抄表，发展到现在已经将多个控制单元融入一个系统，方便统一管理。从最开始各公司各自制定私有接口协议、开发自己私有的产品，到智能家居联盟开始着手起草通用接口和协议。从最初一些能力有限小公司的小规模投入，发展到联想集团、海尔等大公司开始大力投入该领域。
现今，在智能家居领域中有几款杰出的产品。Honeywell Smart Home 在中国大陆名叫MoMas，随着数字技术和移动控制成为当今的主流，该公司生产的产品具有丰富的、时髦的控制终端应用。用户只需要将应用安装到支持WIFI 的手机或平板电脑灯移动终端上，然后动动手指便可以轻松控制电灯、空调等家用设备，实现了一键控制多种设备的目的。Control4 是一家专业设计和生产家庭自动化控制产品及其解决方案的公司。由于开发的产品大多是基于 IP 技术，因此其产品具有性能好、经济实惠、并且支持很多时髦的技术。其家庭内部网络一般采用Zigbee或者WIFI，很方便在那些房屋已经装修好的家庭使用。
目前，智能家具在全球都呈现良好的发展趋势，嵌入式智能家具在美国、德国、新加坡、日本等都有广泛的应用[21]，在国内，智能家具也已经走过了概念期，正是基于对智能家具市场发展前景的展望，使得越来越多的企业介入智能家具这个行业，随着科学技术的迅速发展和嵌入式技术的不断提高，我国的嵌入式智能家具系统也会越来越完善，嵌入式智能家具系统软件技术也会不断提高。
今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元，在国内，“维纳斯计划”和“女娲计划”一度闹得沸沸扬扬，机顶盒、信息加电这两年更成了IT
热点，而实际上这些都是嵌入式系统在特定环境下的一个特定应用。据调查，目前国际上已有两百多种嵌入式操作系统，而各种各样的开发工具、应用于嵌入式开发的仪器设备更是不可胜数。我国信息化与全面小康社会建设对嵌入式系统市场提出巨大需求，信息家电产品年需求量几亿台，每一类数字化家电产品都有千万台市场需求量，工业控制用嵌入式系统有百十万台套需求量，商用嵌入式系统需求量几百万台。我国己有集成电路及PCB印刷电路板产品的大批量生产能力，出口的嵌入式应用产品亦将逐步增长，在全球市场也可占有一席之地。2005年我国嵌入式计算机创造上千亿元的效益，嵌入式计算机是信息、产业新的经济增长点。国内外的市场为我国嵌入式系统产业提供大有作为的广阔天地[22][23]。
随着嵌入式应用的日益普及，实时操作系统在嵌入式系统设计中的应用也受到普遍关注，越来越多的公司开始开发实时操作系统，而且越来越多的工程师使用实时操作系统。如今已有二百多种嵌入式实时操作系统，在长期应用与商业竞争中己逐渐形成了一些较为成功的嵌入式操作系统。据统计，仅用于信息电器的嵌入式操作系统就有40种左右，其中较为流行的主要有：Windows CE、Palm OS、Real-Time Linux、VxWorks、PSOS、PowerTV以及μC/OS。μC/OS是源码公开的实时嵌入式操作系统，后来推出的μC/OS-Ⅱ是μC/O S的升级版本。
在智能家居领域中，主流的系统架构主要有C/S、B/S两种方案。网络通信方面主要是基于以太网、ZigBee 、GPRS、WIFI、电力线载波、红外、蓝牙等。协议方面，国内主要使用的有，国外开发的X10[24]、EIB、CE bus[25]、LonWork[26]、EHS 等，国内开发的闪联、e 家佳等。
2 毕业设计研究内容及任务
2.1研究内容
嵌入式系统通常包括软件和硬件两部分。本文正是基于嵌入式系统的硬件部分开发相关的软件部分。根据硬件功能编写对应的驱动程序，及在操作系统上编写应用程序及界面。主要工作是将实时操作系统μC/OS-II移植到基于ARM7核的微控制器上，为微控制器上的软件开发提供一个操作系统平台。实现对家庭提供电源控制、家电控制（如电视机、空调、冰箱、电饭煲、淋浴器、微波炉等）、门窗控制、检测报警系统、灯光控制等。本课题提出了一种基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式网络控制系统。首先是要在目标平台上成功移植μC/OS-Ⅱ操作系统，然后在该操作系统上运行网络控制系统。其中μC/OS-Ⅱ操作系统在移植过程中根据控制系统的需要来进行剪裁。以便精简操作系统，减少不必要的代码。
2.2设计思想及设计方案
根据前面的分析，本文中的智能家居系统总体架构为 C/S 模型，上位机服务器是整体系统的服务器，上位机客户端和家庭网关是系统中的客户端。
用户操作上位机软件，通常安装在 PC 机、平板电脑和智能手机等终端上选择受控设备及其控制目的。软件将用户的操作编码并形成具有一定格式的据帧，并且通过网络发送给家庭网关。家庭网关进一步将数据帧发送给相应的智能控制终端，智能终端再对接收到数据进行解析，根据数据帧中的命令来执行相应的控制动作，从而完成对目标受控设备的控制。控制结果会被反馈给用户端软件，并通过友好的界面呈现给用户观看。
系统由这几个部分构成：客户端、服务器、家庭网关、智能控制终端。其中客户端和服务器处于上位机侧，以安装在智能手机、平板、家用电脑等设备上的软件的形式出现。而家庭网关和智能控制终端属于下位机部分，以实体形式存在。如下图示：
图1 智能家居系统结构框图
系统共有四个部分四个部分在系统中所充当的角色以及功能分别如下：
客户端软件：客户端软件属于整个系统的上位机侧，其主要作用有以下几个。
一、为用户提供一个友好的用户界面，在整个智能家居系统中，用户通过这个用户界面便可以控制整个系统的运行情况。二、将用户的操作转换成便于机器处理和便于通信的数据，并通过相应通信方式传递给家庭网关。三、从家庭网关接受数据，并将数据转换为便于用户观看的格式。四、记录和统计历史数据，便于查阅。
服务器软件：服务器软件也是上位机侧的一个重要的组成部分，其主要作
用如下。一、处理用户上下线请求。如，与上线用户建立连接，与离线用户断开连接；二、可以多用户同时上线。一般来说，一个家庭的成员不会只有一个，因此系统支持多个用户同时登陆是很有意义的；三、管理在线用户，记录用户日志；
四、便于实现内网穿越。单独设计的服务器具有这样的优点，有效地避开内网防火墙对客户端通信的阻碍，实现内网穿越。
家庭网关：家庭网关属于下位机侧的重要组成部分，其主要功能包括：一、连接外网和内网。家庭网关通过对收到的信息重新打包，实现不同网络协议之间可以正确通信，即外部网络与内部网络可以正确通信；二、提供过滤和安全功能通过对接收到的信息进行判断，家庭网关可以滤掉不符合要求的信息以及一些不安全的信息；三、支持通过多种外网协议与上位机通信。从；四、有利于维护外网和内网的独立性。加入家庭网关后，内网和外网通信协议和技术完全独立，彼此影响变小。这样做可以避免内网协议发生变动时影响到外网通信的正确性，或
者是外网协议发生变化后影响到内网通信的正确性。
智能控制终端：智能控制终端是下位机的主要组成部分之一，其主要功能是：一、控制家用电器的工作状态。智能控制终端根据接收到的命令来控制电器的工作状态。比如，接收到打开 5 号电灯命令，相应的智能终端则打开 5 号电灯；
二、收集和上传家电的工作信息。智能终端根据上位机客户的设置来收集家电信息，并且将信息上传给上位机；三、异常处理。智能终端通过分析家电工作信息，对工作异常的设备进行相应的异常处理，同时将异常上报给用户。
整个系统的软件部分是由上位机和下位机两部分软件组成。其中上位机方的软件包括客户控制端、服务器端两部分，运行于家庭计算机或者是智能终端上下位机方面的软件，是由家庭网关和智能控制终端两部分软件组成。家庭网关为上位机和智能终端建立通信桥梁；智能控制终端是控制命令的执行体。通常来说，在一个智能家居系统中，只需要一台家庭网关；智能家电终端的数量，则根据受控家电的数量而定。
上位机的主要任务是提供家电控制界面和家电数据管理功能。用户通过操作可视化人机交互界面实现控制家电、查看家电数据信息。
而与此对应，下位机的任务主要是以下几个：
（1）家庭网关。主要任务是，为上位机和智能控制终端之间建立通信的桥梁。家庭网关与上位机之间通过以太网、WIFI、GPRS 模块进行通信，与下位机之间通过zigbee进行通信。
（2）智能控制终端。主要任务是，接收家庭网关转发过来的控制命令，根据控制命令完成对家电设备的控制，并且将操作结果经过家庭网关转发给客户终端。
家庭网关起的是一个枢纽作用，它连接外部网络中的上位机和家庭内部网络中的下位机。是智能家居网络中连接上位机和智能终端的桥梁，作用是实现外部网络和家庭内部网络的通信。除了系统必要的软件外，其主要软件模块是通信模块，包括外部联网通信模块和家庭内网通信模块。根据以上所述，家庭网关整体软件流程结构如下图所示：
图2家庭网关软件流程图
家庭网关开机之后，首先进行系统配置和模块初始化。1）系统配置。主要包括，开时钟、配置管脚参数、开中断，等等。这一步的目的是，启动微处理器、配置芯片和外设参数。2 ）相关模块初始化。主要包括，WIFI、以太网、GPRS 模块、电力载波模块、内网协议栈，等。对WIFI、以太网、GPRS这三个与上位机通信的模块而言，初始化过程的工作是对其各自的协议栈初始化，比如，选择工作模式，配置IP 和MAC 地址，选择通信速率，使用何种数据接收方式，以及与上位机的服务器建立连接和完成登录。对电力载波的配置和上面的类似，只是不用与对方建立连接和登录。对内网协议和调试模块的初始化主要是将一些相关变量置为初始值。
初始化完成之后，家庭网关开始正常工作。六个模块并行，分别执行各自的任务。
关于家庭网关驱动程序的设计：
GPRS 驱动程序设计
GPRS 模块和ARM 是通过串口1 连接的，驱动模块通过给GPRS 模块发送AT 命令字符串来控制器其作业。
（a）AT 命令
AT 指令目前已成为全球通用的标准，任何与Hayes 兼容的调制解调器都可使用这些指令。
（b）驱动流程
GPRS 模块可以划分为三个部分，初始化、接收数据处理、发送数据处理。在初始化阶段，首先使用指令AT+IPR = 115200 来设置GPRS 模块的通信速率为115200bps 。设定好速率之后，发送ATI 指令来启动GPRS 模块，如果收到的回复为OK，则表示模块已经工作。否则，则继续发送ATI 指令，直到超时退出。在GPRS 开始工作后，发送指令AT+CIPSTART= “TCP ”，“108.170.54.231”，“5638”，与服务器建立连接。返回OK 表示连接成功。
其中108.170.54.231 是智能家居系统服务器的IP ，5638 是其端口号。一旦连接成功，下一步则是发送登录数据向服务器请求登录。在成功登录之后，GPRS的初始化阶段结束。
接下来，进入GPRS 接收和发送数据处理部分。在接收处理阶段，首先查询是否有数据需要处理，如果没有则进入发送数据处理阶段，如果有，第一步则是找到帧头“+IPDxx:”其中xx 表示该数据帧的长度，单位为字节。在找到帧头后，提出数据长度和数据，并对数据帧的有效性进行判断。如果不是有效帧，则继续上面的过程；如果是，则对数据进行格式转换。由于上位机按照UTF8 格式发送数据，故先将数据从UTF8 格式转换到unicode 格式。转换后的数据是字符形式的数据，还需要进一步转换成ASC 格式才能符合需要。数据转换完毕，需要改装成内部模块通信格式，并加上信道类型标志（G：GPRS，W：WIFI，E ：以太网）。最后，放入接收数据帧队列中，交由中心控制器的数据分发模块处理。在发送阶段的处理类似于接收处理的逆过程。如果GPRS 发送数据队列g_GPRSSendFrameQuene 中有数据，则取出一帧数据，然后转换成合适的格式发送给上位机。具体流程如下图3所示：
图3 GPRS通信模块工作流程图
上一部分介绍了家庭网关软件设计，接下来将介绍智能家居下位机系统中另一个重要组成部分：控制终端的软件设计。
控制终端的主要功能是，通过家庭内部网络接收控制指令、根据控制指令执行相应驱动程序、通过 LCD 屏幕显示设备运行信息。
初始化完成之后，家庭网关开始正常工作。四个模块并行，分别执行各自的任务。
一、内网通信模块。该模块用于智能终端跟家庭网关通信，包括接收和发送两部分。接收部分的工作是，对受到的数据进行判断。如果数据正确，则放入接收缓冲区；否则，删除数据。发送部分的工作是，查询发送缓冲区中是否有数据，如果有数据，则每次发送一帧数据；否则，再次查询。
二、显示模块。该模块用于将相关信息在 LCD 上显示。模块基于事件驱动，
一旦发现事件有效，则根据事件属性确定待显示的内容以及相关信息，之后调用LCD 驱动，以合适的格式显示内容。
三、调试模块。智能控制终端上的调试模块与家庭网关上的核心一样，区别是，二者支持的命令不一样。
四、控制模块。控制模块是智能终端上最为核心的部分，所有对设备的操作最终都需要由该模块来完成。该模块分为执行命令和获取执行结果两部分。执行命令部分的工作是，查询是否有新命令需要执行，如果有，则根据命令调用相关驱动程序；如果没有，则继续查询。由于每一条命令执行完之后，都要反馈执行结果。所以，获取执行结果部分的工作是，在每条命令执行完之后获取对应的执行结果。并且将执行结果封装打包，然后放入内网发送缓冲区中。其内部程序总体流程图，如下图所示：
图4 智能控制模块软件流程图
控制终端相关驱动程序的设计
（1）电力计量模块驱动
电力计量模块在智能家居系统中的作用就是，实时记录用电设备当前电参数。
（a ）模块功能：当前，支持的功能有以下几个模块，分别是：读取当前电参数、读写设备号、读写波特率、清除历史用电数据。其中，当前电参数包含电压、电流、功率、因素、电量，均为瞬时值；读写设备号含有读取和修改本电
力计量模块的设备号；读写波特率包括查询当前通信波特率和修改通信波特率；清除历史数据即为将历史用电信息清零。
（b）通信协议：MODBUS 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，系统中选择的计量模块产品支持 MODBUS- RTU 协议。所以， ARM 和电力计量模块之间的通信协议采用 MODBUS- RTU。
（c）控制过程：
图5 与智能电表通信原理图
完整的交互过程如上图所示：家电终端发送请求信息给 MODBUS 协议栈，议栈将请求信息解析成对应的 MODBUS- RTU 数据帧发送给电力计量模块。电力量模块将用户终端请求的数据以 MODBUS- RTU 协议格式发送给 MODBUS 协议栈，协议栈再将数据封装成相应帧上传给用户终端。
（2）电灯、电视机和空调
(a)电灯：电灯是由家电终端上的继电器控制，继电器打开和关闭分别代表开灯和关灯。收到开灯指令后，软件通过设置继电器控制管脚上输出电平的高低来控制电灯的开和关。
(b) 电视：电视是通过智能控制终端上的红外遥控来控制。我们对电视遥控的编码如下表所示：
表1 电视遥控编码
智能控制终端在接收到上述编码后，首先将其翻译成相应电视机的正确编码并且进行调制，然后通过红外发送给电视机，即完成对电视的控制。
(c) 空调：控制空调的方式和电视一样，也是通过红外遥控。
2.3 毕业设计拟采用方法和手段
实现手段：软件编程采用C语言进行编程，编译软件采用keil4，使用proteus 进行调试和在线仿真。芯片采用ARM7核微控制器，采用实时操作系统μC/OS-Ⅱ
进行裁剪、移植，显示方面采用SMG240128A液晶屏，采用ZigBee作为局域联网技术，使用万维网作为远程接入技术。
3. 毕业设计工作计划及进度安排
第1周查阅相关文献、学习相关知识。
第2周查阅相关文献、开始撰写开题报告及翻译外文文献。
第3周撰写开题报告，确定课题设计方案。
第4周完成开题报告及外文翻译。
第5周收集资料，确定控制平台的操作系统功能。
第6周裁剪操作系统并移植。
第7周裁剪操作系统并移植。
第8周结合系统硬件，编写相应的驱动程序。
第9周结合系统硬件，编写相应的驱动程序。
第10周结合系统硬件，编写相应的驱动程序。
第11周根据系统需要实现的功能，编写应用程序及操作界面。
第12周根据系统需要实现的功能，编写应用程序及操作界面。
第13周根据系统需要实现的功能，编写应用程序及操作界面。
第14周调试系统软件，修改软件。
第15周调试系统软件，修改软件。
第16周调试系统软件，修改软件。开始撰写毕业论文。
第17周撰写并修改毕业论文。
第18周完成毕业论文，准备答辩。
4.主要参考文献
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智能家居系统需求分析
智能家居系统 1 智能家居整体系统的功能分析 背景和系统结构图的介绍 智能家居又称住宅智能化，是智能建筑的重要组成部分。它随着科技的高速发展和人们生活要求的不断提高而应运而生，成为21世纪的热点技术。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，该过程（系统）利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术构建与家居生活有关的各种子系统，并将其有机结合在一起，通过统筹管理，将智能家居的被动静止结构转变为具有智慧的新动态，为住户生活提供全方位的信息交换功能，帮助家庭和外部、使用者与家庭环境之间保持信息交流畅通，优化人们的生活方式。 图1为智能家居的系统结构图，该图列举了典型智能家居的系统组成：家庭网关、电动窗帘和门窗系统、家庭智能照明系统、家庭多媒体系统、可视门禁系统、安防周界系统、环境温度控制系统、视频监控系统等，其中家庭网关是智能家居系统的通信管理单元和子系统控制中心，在家庭网关通信管理体系下，可构建家庭网络通信系统。 图1 智能家居系统结构图 通过采用上述功能系统，实现家居智能化和自动化。相对传统家居而言，智能家居通
过全新的3C技术（Computer Communication Control Technology），提供了全方位的信息服务，赋予了家居生活安全、舒适、节能的特性。 设计原则 （1）功能需求。智能家居注重满足人们在方便性和舒适度方面的需求，如：遥控功能（遥控控制家居范围内所有的灯，窗帘及其他电气设备），网络化控制、场景控制，本地控制等。 （2）高性价比。在系统设计中要充分考虑系统的性能和价格的要求，使系统在较低成本的条件下，尽可能满足用户需求。 （3）通用性。目前所有的智能家居技术都处于发展阶段，所以系统设计时，要注意选择兼容性好，符合国际通用协议的技术。 （4）兼容性和可扩展性。随着智能家居技术的不断发展，会有越来越多的家居智能化产品和技术的诞生，因此，在智能家居系统的设计之初，就必须考虑系统未来的兼容和发展。 （5）布线简洁。易于安装，符合大多数人的习惯。 （6）安全性。包括所进行设计运行过程的安全性和耐久性。 基于以上原则，才能设计出一套完整的智能家居系统。 设计依据 设计依据主要有： 《全国住宅小区智能化技术示范工程建设要点与技术导则》 《住宅小区安全技术防范综合报警服务系统设计导则》 《社会公共安全标准汇编》 《防盗安全门通用技术条件》（GB17565—2007） 《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16—2008） 《安全防范工程程序要求》（GA/T 75—1994） 《家庭布线标准》（TIA/EIA 570—A） 《计算机软件开发规范》（GB 8566—1988） 《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ 232—1982） 《建筑智能化系统工程实施及验收规范》（DB 32/366—1999） 《建筑智能化系统工程评估标准》（DB 32/T367—1999）
基于物联网的智能家居实训报告
基于物联网的智能家居实训报告
基于物联网的智能家居实训方案【摘要】物联网技术迅速发展，智能家居作为其重要应用部分成为新兴研究领域。本文提出了一种智能家居实训方案，该方案采用CC2530芯片、无线通信技术及传感器组建ZigBee家庭部局域网，外部接入因特网。覆盖物联网三层结构。使用LED灯成功测试实训平台对灯光控制功能，实验表明有进一步研究智能家居实训平台的价值。 【关键词】物联网；智能家居；ZigBee；CC2530 Smart Home Practice Training Based on Internet of Things ZHU Kai JIANG Wei LIU Tong （School of Mechanical Electronic & Information Engineering China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China） 【Abstract】With the rapid development of the internet of things，the smart home has become the emerging research field which plays an important role in the internet of thins. Smart home practice training scheme is put forward. Interior home
network is formed by CC2530，wireless communication technology and sensor，including three layers. Exterior network is connected to the internet. The lamp control test is performed by LED and the result confirmed that the smart home practice training scheme has an important value for further study. 【Key words】Internet of things；Smart home；ZigBee；CC2530 0 引言 随着社会的发展，人们对家庭生活、学习、娱乐提出了更高的品质要求。例如，亲人对独生子女的看护，主人对家用电器进行实时远程控制，在主人进门之前，室已经具有宜人温度。在主人启动汽车之前，车有合适温度，有按照主人出行计划设计好的行车路线。这些需物联网应用中最贴近民生的智能家居方面。 高校已陆续设立物联网专业，要把学生培养成适应社会需求的人才需要学生掌握物联网综合技术。智能家居实训平台是物联网典型开放型应用环境之一，学生可在此平台上实现对物联网综合技术的理解，亦可借助此平台进行创新应
智能家居家电控制系统系统设计说明
xx家电控制系统设计说明 一、定义 智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（ElecctronicHome、E-home）、数字家园（DigitalFamily）、家庭网络（Home Net/Networks for ome）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑 （IntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。 智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。 二、表述 智能家居其实有两种表述的语意，定义中描述的，以及我们通常所指的都是智能家居这一住宅环境，既包括单个住宅中的智能家居，也包括在房地产小
智能家居控制系统课程设计报告
.. XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书 学生姓名XXX 学生学号XXX 学生专业XXX 学生班级XXX 设计题目智能家居控制系统（无操作系统） 设计目的： 巩固AD转换模块的应用—光照采集 掌握PWM驱动蜂鸣器产生不同频率声音的方法 巩固SSI 模块控制数码管动态显示的方法 掌握定时器控制数码管实现动态扫描的思想 掌握DS18B20检测温度的程序设计方法 掌握一个完整项目的分析、规划、硬件设计、软件设计、报告撰写的流程方法。 具体任务： 1、编写（或改写）发光二极管、按键、继电器、定时器、数码管、ADC、PWM、温度传感器DS18B20等模块的初始化程序及基本操作程序。 2、为保证数码管显示的稳定性，使用定时器定时扫描各个数码管，可避免 处理器在执行其他程序时，数码管停止扫描而使得显示不正常。 3、通过ADC模块采集开发板上的光敏电阻（CH3），并在数码管低四位显示 采集的值，将光照强度分为 5 级，亮度最亮时开发板上的 4 颗LED全部熄灭， 亮度越来越低时，分别点亮 1 颗、2 颗、3 颗，完全黑暗时点亮 4 颗LED。 4、通过DS18B20检测环境温度，并在数码管高三位显示（两位整数、一位 小数），当环境温度低于设定的下限温度时，蜂鸣器报警，同时打开空调制热（继 电器）；当环境温度高于上限温度时，蜂鸣器报警，同时打开空调制热（继电器）。 5、通过开发板上的三个按键KEY1、KEY2、KEY4（KEY3引脚与DS18B20共用，在此项目中不使用）设定上下限温度： KEY1按一次设定上限温度（同时数码管显示上限温度），按两次设定下限温 度（同时数码管显示下限温度），按三次，设定完成（同时数码管显示实时温度）； KEY2按一次，上限或下限温度加1； KEY3—该引脚被DS18B20占用，不可使用！！！ KEY4按一次，上限或下限温度减1。
智能家居系统设计方案
智能家居系统设计方案 一、智能家居概述 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等，将家居生活有关的家用电器设备和住宅设施监控集成，构建高效的家用电器日程事务管理系统，提升了家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并可实现节能环保的居住环境。通常我们把实施智能家居系统的过程称为智能家居集成。 二、智能家居系统范围 智能家居系统的主要子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居集成控制管理系统、家居照明控制系统、住宅安防系统，这些是智能家居配置的必备系统，还有家庭影音系统、家庭环境控制系统，家庭门窗窗帘自动控制系统、家庭宠物喂养控制系统、家庭智能单品电器等是智能家居系统配置的可选系统。三、智能家居系统功能介绍 本方案针对别墅三层智能家居系统规划有可视对讲门禁系统、远程访问控制系统、定时控制系统、远程监控及安防报警系统、
灯光控制系统、家电控制系统等六大子系统。以下针对各系统作系统功能组成说明： 1.可视对讲门禁系统 访客来访，您在家时的情境 (1)访客可直接透过别墅门口机呼叫室内机做可视对讲，确认访客身份开门。 (2)当呼叫时，您不在室内主机旁，您不用再急急忙忙地跑到对讲管理主机接听，只要拿起家用的电信分机即可与来访客人对讲/开门。 (3)您也可以使用室内对讲分机，做访客呼叫对讲/开门。 (4)您也可以拿起专用的遥控器控制开门。 访客来访，您不在家时的情境 (1)当您外出时，可于智能控制管理主机设定外出转接，当客人来访时，系统会作呼叫转移，您可以用手机与来访客作对讲。 (2)若是您的家人忘了带锁匙时，可直接于手机上透过3G网络做远程控制开门。或者使用短消息发送关键词密码方式，经系统辨识确认后，也可以开门。 (3)当您外出时，可于智能控制管理主机设定外出转接，当客人来访时，系统会作呼叫转移，您可以直接用手机与门口访客做对讲。 主人回到家时的情境
嵌入式智能家居控制系统软件设计
本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目：嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院：电气工程学院 专业班级：自动化1204 学生姓名：刘芳春 学号： 120302433 导师姓名：王通 开题时间：2016年 3 月 18 日
1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。
智能家居控制系统
智能家居控制系统 This manuscript was revised by JIEK MA on December 15th, 2012.
智能家居控制系统 智能家居（Smart Home）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。它将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、可编程定时控制及计算机远程控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 智能家居控制部分要求 一、智能家居控制主要分为灯光、家电（其中包含空调、电视、热水器等等）；电动窗帘的控制这三大区域 A、灯光控制部分： 1.在灯光控制部分除了普通的对某一路灯进行开关控制之外；必须具有对白炽灯进行亮度的随意调节及软启动的功能。软启动及开启或关闭灯光的
基于嵌入式系统的家庭智能系统
摘要 随着嵌入式技术的发展和高速宽带网络的普及, 利用网络实现远程监控已为人们广泛接受, 嵌入式网络监控技术正是在此条件下逐步发展成熟起来的. 用户使用Web 浏览器, 通过以太网远程访问内置Web 服务器的监控摄像机, 不但可以实现对现场的远程视频监控, 而且可以向监控现场发送指令. 在整个系统的实现过程中, 嵌入式Web 服务器起着十分重要的作用, 因此, 在嵌入式网络视频监控系统中,Web 服务器的设计对监控系统的整体性能具有直接的影响, 只有有了高效率的Web 服务器, 监控系统的性能才能得到充分的发挥。 实现智能化离不开运算和控制单元，本系统采用MCU(S3C2410)作为主控器件，单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件由单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率，当系统硬件和软件紧密配合、协调一致，就可以组成高性能的单片机应用系统。本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。 随着Internet 向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，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。而基于嵌入式系统的家庭智能系统在国内才刚刚出现，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。 关键词：嵌入式；智能；监控；web服务器
嵌入式智能家居控制系统设计发展策略
嵌入式智能家居控制系统设计发展策略 伴随着人们工作节奏的加快和工作环境的不确定性，人们越来越注重居住环境的安全，希望能在第一时间知道家中的安全情况，因此，设计一种智能家居远程控制系统具有良好的实际意义[1]。目前，大多数嵌入式系统都以处理器为核心，与一些检测、监控设备配合实现一定的功能，但是由于视频图像传输的影响以及监控界面的问题，客户端的远程监控效果并不理想[2]。如果嵌入式智能家居系统能够连接到Internet和GPRS模块，则用户可以通过远程登录界面来了解家居环境信息[3]。因此，本文提出了一款具有网络功能的智能家居控制系统的实现方案，使用火狐浏览器作为上位机，采用JPEG高效压缩算法对视频图像进行压缩[2]，用户不仅可以通过浏览器监测家居环境信息，还可以访问Web服务器中的视频，同时，GPRS通信模块还能将异常信息以短信方式通知用户，提高了智能家居控制的灵活性[4]。 1 系统架构 系统采用S3C2440处理器作为主控芯片，该芯片是基于ARM920T 内核的RISC微处理，S3C2440处理器内部集成了很多控制器接口，便于与外部器件连接。整个系统通过传感器检测家居环境，USB摄像头采集视频数据。当系统接入Internet，用户就可以登陆家居管理主页，查看各种传感器的数据信息，操作室内照明灯，还可以浏览家居画面。当室内有危险时还能触发本地蜂鸣器报警，并能通过GPRS通信系统向用户发送紧急短信。整个系统的结构如图1所示。 图1 系统结构框图
1.1 硬件设计 （1）嵌入式微处理器 本设计使用TX2440A开发板进行设计。采用S3C2440处理器作为主控芯片，主频可以达到400 MHz，具有MMU管理单元、控制器、支持外部存储器，板载64 MB SDRAM，256 MB NAND Flash，LCD显示部分为3.5英寸TFT真彩色液晶屏，网络芯片为DM9000，1个10M 以太网RJ-45接口，4个USB Host，1个USB Slave B型接口。TX2440A 开发板上还扩展了丰富的接口，如蓝牙接口、CAN接口、ZigBee接口等，方便进行软件调试以及系统测试。 （2）视频采集模块 采用了ZC301摄像头，利用Linux提供的Video4 Linux API函数对USB摄像头采集视频数据[4]，然后将视频数据通过内部总线发送到视频流服务器MJPG-streamer上[2]，视频流服务器将视频图像数据进行压缩后，采用TCP/IP协议进行远程传输，再通过CGI函数集实现客户端与服务器的之间的交互，远端客户机通过浏览器就可以查看现场监控画面[1]。 （3）传感器模块 本系统采用DS18B20温度传感器采集室内温度；采用HIH-4000湿度传感器采集室内的湿度；采用DSM501A粉尘传感器来检测室内粉尘浓度；采用PIP探头LH1778为核心的检测电路来检测是否有人员入侵，并利用蜂鸣器进行本地报警和GSM短信报警。这些传感器模块通过S3C2440 的I/O口接到控制中心，并把采集到的信息发送到
智能家居控制系统
智能家居控制系统智能家居（Smart Home）是以住宅为平台，利用综合布线技术、 网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技 术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与 家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术 性，并实现环保节能的居住环境。它将让用户有更方便的手段来管理 家庭设备，比如，通过家、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别 控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方 面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根 据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒 适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提 供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还将原来的被动静止结 构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家 庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安 排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系 统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明 控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、可编程定时控制及计算机 远程控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能 家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应 用。 智能家居控制部分要求 一、智能家居控制主要分为灯光、家电（其中包含空调、电视、热水器等等）；电动窗帘的控制这三大区域 A、灯光控制部分：
1.在灯光控制部分除了普通的对某一路灯进行开关控制之外；必须具有对白炽灯进行亮度的随意调节及软启动的功能。软启动及开启或关闭灯光的时候有个渐变的过程，即当开启灯光时，灯光强度由暗渐渐变亮，或关闭灯光的时候，灯光强度由亮慢慢变暗，可以让住户眼睛有个适应的时间，而不会因为灯光突然亮起而让眼睛感觉不舒服。 2.除了这些常见的功能外，系统还必须对灯光控制进行多种动作定义。如可以有灯光亮度的定义，比如开灯时可以让灯光渐亮到30%或50%，等等。这个主要用于模拟客户夜间回家或起床，可以让灯光不要开的太亮，以免影响其他休息的人。 3.灯光的延时开启或关闭。可以让灯光经过您设定的时间后开启或关闭。当模拟当你出门的时候，先按下玄关灯的按键，等您穿鞋关门走出去后，灯光才会慢慢的关闭。 4.动作跳变：即把灯光开之后，然后经过设定的时间后，灯光自动关闭。常应用在洗手间，这样模拟在洗手完之后按下跳变的按键，过段时间后，灯光及排气扇即可自动关闭。 5.灯光组合控制。就是一个按键可以让接入系统中的各路灯光进行不同的动作。一个按键执行的动作可以抵得上几个动作方能完成的效果。 如说离家的常用模式，当外出的时候，只需要按一个按键，即可以把家里面的灯光全部关闭，这样可以避免了走到各个房间或漏关而浪费资源的现象。 会客模式：当有客人一进来，按一个按键，把灯光全部打开，立
嵌入式智能家居系统
嵌入式智能家居系统设计 摘要：“智能家居”(smart home)，又称智能住宅，它利用先进的计算机技术、 嵌入式系统技术、网络通讯技术和传感器技术等，将家中的各种设备(照明系统、环境控制系统、安防系统、智能家电等)有机的连接到一起。智能家居让 用户采用更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联 网或者语音识别控制家用设备，根据场景设定设备动作，使多个设备形成联 动。智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的 状态互动运行，从而在最大程度上给用户提供高效、便利、舒适与安全的居住 环境和工作环境。本文通过对智能家居系统的分析，确定了总体架构设计。针 对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，分析了智能家居控制器的基本 结构，对控制器的核心电路进行了详细设计。 关键词：嵌入式智能微控制器 1、研究背景 智能化家居的发展分为三个层次： 首先是家庭电子化(HE,Home Electronics)。这个时期主要是面对单独电器的阶段，电子设备之间并没有很大的联系，如电视机刚出来的那些时期。 其次是住宅自动化(HA,home Automation)。该时期是面向功能的阶段，部 分电器设备具有了一些简单的网络连接功能，主要是为了实现某个单一的功 能，比如单一的自动抄表系统。最后是家居智能化，美国称其为Wise House，欧洲称为Smart Home。智能住宅是面向系统设计的，系统通过家庭分布总线(HDS,Home Distribution System)把住宅内各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置都并入到网络节点中进行集中的和异地的监视控 制和家庭事务处理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调，提供工作、学习、娱乐等各项服务，营造出具有多功能的信息化居住空间。 智能家居控制系统提供安全、舒适的居住环境，确保人身和财产安全；空 调系统调节温度、湿度、检测空气成份，提高空气质量；系统调节音响和色 彩，使人们心情舒畅；合理利用阳光和大气冷热量来调节室内环境，减少能 耗，能按事先设定的程序，区分各种时段，对室内的环境及设备进行控制，并 提供现代化的通信手段和信息服务。 从设计思想和技术角度分析，当前国内的智能家居控制系统有两个研究方向：一是基于非PC平台的智能家居系统；二是基于PC平台的智能家居系 统。总体来说，国内智能家居产品的研发从上世纪九十年代后期才起步，起步
智能家居控制系统课程设计报告20
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书
目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (3) 1.3 按键和LED模块 (5) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (6) 2 软件设计 (7) 2.1 ADC模块 (7) 2.1.1 ADC模块原理描述 (7) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (8) 2.2 SSI 模块 (8) 2.2.1 SSI模块原理描述 (9) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (10) 2.3 定时器模块 (10) 2.3.1 定时器模块原理描述 (10) 2.3.2 定时器模块流程图 (11) 2.4 DS18B20模块 (11) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (11) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (12) 2.5 按键模块 (13) 2.5.1 按键模块原理描述 (13) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (13) 2.6 PWM模块 (13) 2.6.1 PWM模块原理描述 (14) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (14) 2.6 主函数模块 (14) 2.6.1 主函数模块原理描述 (14) 2.6.2主函数模块程序设计流程图 (15)
嵌入式智能家居系统总体设计
系统总体设计 §1.1系统结构框架 智能家居图形用户界面（GUI）呈现给用户的应当是高度的可靠性和美观，易操作的界面。这就要求一种占用资源少并能支持多种字符集的机制。系统内部通常包含网络通信，图形显示等等模块，几个程序之间并发执行，这就涉及到进程间的通讯。本文提出了一种基于Vxworks应用程序开发框架的智能家居管理系统，不仅提供了操作简单，多种语言支持的前台图形操作窗口，还利用LCD 触摸屏技术对信号进行输入，达到方便快捷易操作的目的。系统本身是面向接口的，易于扩展和维护，符合软件工程化的要求。 图1 智能家居终端系统结构 根据家居的设备管理控制的分类，在界面管理上实现如下功能：家居安防，家电控制，照明控制，温度控制，气体检测，及系统设置等模块。本系统的结构图如图1所示。 终端系统工作时，后台进程会循环监听服务器，检查服务器端有没有新的消息发送，如有新的信息到来，则通知终端的GUI程序对界面做出响应，以提示用户处理，而服务器的连接通过TCP/UDP实现。同时终端的GUI响应用户的相关操作，通过后台程序实现对各种电器的管理和服务器的通讯，记录用户操作和各种传感器的反馈数据等。 §1.2系统模块设计 系统的模块设计主要有三部分组成：微处理器模块、CAN总线模块和人机接口模块组成。 §1.2.1微处理器模块 这里用的嵌入式微处理器是32位的RISC微处理器S3C2410A。
S3C2410A是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，只要面向高性价比、低功耗的手持设备应用。S3C2410A在片上集成了单独的16KB指令cache 和16KB数据cache，并且提供了一组完整的系统外围设备接口，从而大大减少了整个系统的成本，缩减了系统配置额外器件的开销。S3C2410A芯片集成了大量的功能单元： (1)内部1.8V，存储器3.3V，外部I/O3.3V，16KB数据Cache，16KB指令Cache，MMU。 (2)内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑）。 (3)LCD控制器，一个LCD专业DMA。 (4)4个带外部请求线的DMA。 (5)3个通用异步串行端口（IrDA1.0，16-Byte Tx FIFO and 16-Byte Rx FIFO），2通道SPI (6)一个多主I2C总线，一个I2S总线控制器。 (7)SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容。 (8)4个PWM定时器和一个内部定时器。 (9)看门狗定时器。 (10)117个通用I/O。 (11)56个中断源。 (12)24个外部中断。 (13)8通道10位ADC和触摸屏接口。 (14)16/32位RISC体系结构，使用ARM920T CPU核的强大指令集。 (15)指令缓存（Cache）、数据缓存、写缓存和物理地址TAG RAM，减小了对主存储器带宽和性能的影响。 §1.2.2CAN总线模块 由于S3C2410A不带CAN总线控制器，因而采用串行外设接口SPI进行扩展，其接口原理图如下所示。CAN总线控制器选用Microchip公司的MCP2510，MCP2510是一种带有SPI接口的CAN控制器，它支持CAN技术规范V2.0A/B；并能够发送和接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SI接口与MCU进行数据传输，最高数据传输速率可达5Mb/s，MCU可通过MCP2510与CAN总线上的其他MCU单元通信。MCP2510内含三个发送缓冲器、两个接收缓冲器。同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得MCU对CAN总线的操作变得非常简便。其结构图如图2所示，MCP2510的主要特点如下： (1)支持标准格式和扩展格式的CAN数据帧结构； (2)0~8字节的有效数据长度，支持远程帧； (3)最大1Mb/s的可编程波特率； (4)2个接收缓冲区，三个发送缓冲区； (5)SPI告诉串行总线，最大5MHz； (6)3~5.5V宽电压范围供电；
基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案
基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案 随着人们生活水平的提高和科技的发展，家庭智能化已成为一种必然趋势而深入千家万户。 家庭智能化即智能化家居 (Smart Home)，亦称数字家园(Digital Family )、家庭自动化(Home Automation )、电子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home )、网络家居(Network Home )、智能屋(Wise House, WH)、智能建筑(Intelligent Building、等。它是利用计算机、通信、网络、电力自动化、信息、结构化布线、无线等技术将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体的系统。它以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集系统、结构、服务、管理为一体的安全、便利、舒适、节能、娱乐、高效、环保的居住环境。其从控制层次来分，一般由中央控制中心、家居智能控制终端、小区智能控制系统、家庭网关和外部网络几部分组成。 1智能家居系统体系结构 家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对 讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图1所示。 图1智能家居系统结构框图 2系统主要模块设计 2.1照明及设备控制 智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机、网络、自动控制和集成技术建立一个 由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统。系统中照明及设备控制可以通过智 能总线开关来控制。本系统主要采用交互式通信控制方式，分为主从机两大模块，当主机触 发后，通过CPU将信号发送，进行编码后通过总线传输到从模块，进行解码后通过CPU触 发响应模块。因为主机模块与从机模块完全相同，所以从机模块也可以进行相反操作控制主
实训报告-智能家居实训报告模板课件
实训报告 嵌入式智能家居实训报告 班级学号13391–24 姓名张德进 实训地点E501 指导教师庞春辉 完成日期2015 年12月20日
一、实训目的 （1）具有阅读程序能力，查阅相关资料能力，掌握程序修改能力 （2）具备编写代码能力，掌握程序分析，编写，调试能力。 二、实训环境 校内环境：E501 校外环境：工作单位 以校内实训为主，校外实训为辅。 （1）硬件设备 计算机。 （2）软件 Eclipse。 三、技术介绍 随着社会、经济水平的发展，人们对家居品质的要求也越来越高，要求居住环境舒适化、安全化，家居生活人性化、智能化。智能家居是3C技术（即）向传统家电产业渗透发展的必然结果。从社会背景的层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加；此外在科学技术方面，由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术的成长，促成了智能家居的诞生。现在的中国正迎来一个"数字城市"、"数字社区"建设与发展的热潮，3G技术和互联网应用对智能家居的发展也起到很重要的推动作用，智能家居的日渐兴起影响到人们生活的方方面面，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，促使家庭实现了生活现代化，给人们的家居生活带来了全新的感受，它必将成为一种发展趋势。 目前市场上出现得智能家居控制系统主要有： （1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在国内市
智能家居控制系统工作原理-结构图资料讲解
智能家居控制系统(smarthome control systems,简称SCS)，这名字听起来是不是很复杂？那现在我就带大家去详细了解智能家居控制系统的原理，看一看它的结构图，了解它到底是怎样为我们服务的。 智能家居控制系统简介 是以住宅为平台，家居电器及家电设备为主要控制对象，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施进行高效集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的控制管理系统，提升家居智能、安全、便利、舒适，并实现环保节能的综合智能家居网络控制系统平台。智能家居控制系统是智能家居核心，是智能家居控制功能实现的基础。 智能家居控制系统的工作原理 命令发射零碎
命令发射零碎的作用，重要是经过各类传感设备接纳各类传感信号，并触发控制命令或许经过人的自觉遥控、手动触发对应的发射类智能设备来收回控制命令，例如：温湿度传感器搜集室内的温湿度变化数据，按照需求设定温湿度变化的触发要求，当温度或湿度到达预设的触发要求时，就联动收回控制命令;当温度高时，空调开端制冷，当温度低时，空调开端制热。若装置了亮度传感器，则当室内光照亮度充足时，预设的灯光主动封闭，当室内光照亮度不够时，预设灯光主动打开。若安防人体感应器，当设防时，监测到有人在活动时，马上触发电话报警，当非设防形态时，感应到人，主动开启预设的灯光，当监测到无人时，主动封闭灯光。以上这少许场景的完成，都是经过各类传感器来主动感应触发完成智能控制，当然也能够间接人为手动触发控制命令，例如：经过各类智能遥控器、墙上智能面板、家庭局域网内的不约束一台电脑间接触发控制命令，若人不在室内，还能够经过电话或INTERNET长途控制来控制室内的全部设备。 命令执行零碎
智能家居论文：基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现
智能家居论文：基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现 【中文摘要】随着时代的进步、技术的发展、人民生活水平的提高,智能化也正逐步迈进现代家庭生活中,住宅信息化、数字化智能化及网络化也逐步成为现实。智能家居系统就是在这种情形下发展起来的。智能家居是利用综合布线技术、安全防范技术、网络通信技术、音视频技术和自动控制技术将家居生活中的各种设备(如灯光照明系统、安防报警系统、环境检测控制、网络家电)通过家庭网络连接在一起。智能家居在国外发展很快,在国内,智能家居发展还处于起步阶段,因此研究适合中国国情的智能家居系统有着重要意义。本文以某一嵌入式智能家居系统的设计为背景,研究的主要内容如下：1)分析国内外智能家居的发展情况,提出了一种适合中国国情的低成本、简单方便的智能家居解决方案,并给出了课题研究的意义；2)根据系统需求给出了智能家居系统的设计要求,将系统分为中央控制器和功能节点模块,分别选择了合适的嵌入式系统和采用ZigBee技术进行智 能家居内部组网；3)完成了以S3C2440为核心的中央控制器和以 CC2430为核心的功能节点模块的硬件设计；4)完成了中央控制器软件程序设计包括：Qt界面、Web Server构建、视屏监视程序设计；完成了以ZigBee为核心的软件模块设计；5)进行了系统主要功能和系统联调测试。 【英文摘要】With the development of technology and advancement of people’s living quality, people turn to pay more
attention on life’s security, comfort, convenience etc. Smart home system is to connect the facilities and devices (such as lighting system, safeguard system and electrical equipments etc) using computer, embedded system, network technology by home network, which provides people more comfortable and convenient life. The main work is as follows:1) By analyzing the domestic and foreign development situation of smart home, we present a smart home solution which is low-cost, simple and convenient.2) According to the system requirement, the system is divided into the central controller with embedded system and the function module with ZigBee technology.3) Completed the hardware system design of central controller based on S3C2440 and function module based on CC2430.4) Completed the software system design of function module and central controller which includes Qt interface, Web Server construction, video monitoring.5) Debugged and tested the main function of the system. 【关键词】智能家居嵌入式系统 ZigBee S3C2440 CC2430 【英文关键词】Smart Home Embedded System ZigBee S3C2440 CC2430 【目录】基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现摘要 5-6Abstract6第1章绪论10-17 1.1 课题背景
胡城智能家居实训报告
一、项目背景 智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。 近年来人们对生活环境智能、舒适、安全要求越来越高，并伴随着计算机技术、通信技术的发展，智能家居便应运而生。然而随着智能家居的发展，所需要环境监测数据变越来越多，这就需要一种安装便捷，实用并且价格合适产品出现。有线传感器系统需要大量的布线，安装费用高的同时维护也很不方便，并且在一些建筑物中无法布线。随着物联网的发展，zigbee渐渐走入人们的视野。Zigbee低功耗、低成本、低速率的短距离的优点。Zigbee组成的无线传感器网络具有维护成本低、组网灵活、部署方便的特点，仿佛是为了无线智能家具而生的。将zigbee技术与智能家具结合有很好的应用前景。 二、国内发展现状 在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，我国智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司己经积累了很多经验。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统己成为当前社会一个热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络的标准化制定工作，为中国智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台，指明了智能家居研究领域正确的发展方向。目前我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段，家庭智能化系统构成形式和手段还没有统一的标准，各大厂家也适时推出了自己的智能家居系统，如科龙集团研制的“智能网络家居系统”，海信的“智能家居控制系统”，清华同方的“e-Home数字家园”等，一时间国内智能家居领域呈现百家争鸣的局面。尽管智能家居在我国起步较晚，但大有风行正健之势。 三、系统总体框架 本设计采用无线传感器网络采用星型拓扑网络，主要由协调器和若干个终端节点组成，其中协调器是其中协调器是网络的核心，由它主导网络的建立，监督网络的正常运行。协调器应配置较多的存储空间，完成网络初始化、数据采集、程序存储、设备控制等功能。协调器与PC 机相连，通过PC 机串口来保存和显示相应信息