基于嵌入式的智能家居控制系统

论文摘要

在当今这个各种技术迅速发展的时代，人们的生活条件会变的越来越好，各种功能的家电设备层出不穷。这时候，人们对家电设备就有了更多得要求。人们希望家电设备不仅能提供宜人、舒适的家庭生活场所，并要求多方面的信息交流、互动和必要的安防保障。例如用远程遥控家中的照明、空调等智能家电设备，家中有险情时完成无人自动报警等。基于此背景下，本文在深入研究智能家居国内外现状，趋势、标准和规范、市场情况及存在问题的基础之上，提出了一种新型的基于嵌入式的智能家居控制系统。本文对智能家居控制系统给出了硬件系统架构，包括对硬件的选材，功能模块的电路设计，以及智能家居内部组网的解决方案都做了详细说明。在软件总体的设计方案中，本文主要给出了智能家居核心设备，家庭网关的软件平台的基本架构。智能家居控制系统主要包括三部分：外部层，中间层和内部层。外部层主要使用的设备是PC机和手机，采用的网络是Internet网络和GSM网络；中间层主要使用的设备是家庭网关、CC2430无线收发模块和GSM通讯模块，其中家庭网关采用了ARM S3C2410，并在其外围扩展了SDRAM、NAND Flash、CC2430无线收发模块、以太网控制模块CS8900A、RS232接口、GSM通讯模块TC35i等。家庭网关在软件实现上，首先修改和移植了U-Boot和Linux2.6内核，创建了根文件系统。在此基础上，搭建了Web服务器平台，开发设计了用于生成动态网页的CGI处理程序；内部层：主要使用的设备是带有ZigBee模块的智能家电和安防设备，采用的网络是基于ZigBee的星型网络。本系统主要实现了以下功能：在外部层，用户通过PC机和手机，借助于互联网和GSM网络实现了和家庭网关之间数据的上传和下送；在中间层，一方面：实现了不同网络之间的协议转换，为外部层访问内部层架起了一座桥梁，另一方：借助家庭网关中的Web服务器，实现了外部用户通过浏览器来控制和监测家电设备的运行状况和安防信息，同时外部用户也可以通过手机网络与家庭网关通信来实现家电控制，状态查询。安防报警信息则以短消息的形式发送给外部用户；在内部层，利用ZigBee技术组建家庭网络，完成与家庭网关之间的数据交换。最后，通过对系统功能进行测试和整体性能分析，结果表明，系统完全达到预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状，趋势及存在的问题
• 1.2.1 智能家居国内外发展状态分析
• 1.2.2 智能家居标准和规范发展情况
• 1.2.3 智能家居市场情况
• 1.2.4 智能家居存在的问题
• 2. 系统方案总体设计
• 2.1 系统设计原则
• 2.2 系统硬件总体设计方案
• 2.3 系统软件总体设计方案
• 2.4 嵌入式技术
• 2.4.1 嵌入式系统的特点
• 2.4.2 嵌入式的系统架构
• 2.4.3 嵌入式 Linux 系统开发要点
• 2.5 智能家居内部组网的解决方案
• 2.6 本章小结
• 3. 系统硬件平台设计
• 3.1 智能家居控制系统硬件结构设计
• 3.1.1 S3C2410A 微处理器介绍
• 3.1.2 硬件的资源分配
• 3.2 硬件外围电路设计
• 3.2.1 串口电路设计
• 3.2.2 以太网模块
• 3.2.3 GSM 通讯模块
• 3.2.4 ZigBee 通讯模块
• 3.3 本章小结
• 4. 系统软件平台设计
• 4.1 构建嵌入式 Linux 系统开发环境
• 4.1.1 系统开发过程
• 4.1.2 建立交叉编译环境
• 4.1.3 Linux 内核的配置和编译
• 4.1.4 建立根文件系统
• 4.2 搭建 Web 服务器平台
• 4.2.1 Web 服务器的选择
• 4.2.2 Boa 的特点
• 4.2.3 Boa 移植
• 5. 系统应用程序开发
• 5.1 Web 服务器访问处理机制
• 5.2 Web 页面设计
• 5.3 CGI 处理程序设计
• 5.3.1 状态信息查询 CGI 程序设计
• 5.3.2 空调和热水器 CGI 程序设计
• 5.4 ZigBee 通讯模块的软件开发
• 5.4.1 ZigBee 协议栈简述
• 5.4.2 ZigBee 功能模块的软件设计
• 5.4.3 主程序代码
• 5.5 系统分析与测试
• 5.5.1 嵌入式 Boa 分析
• 5.5.2 嵌入式 Web 服务性能测试
• 6. 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录：硕士研究生学习期间发表论文
• 致谢