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智能家居控制系统设计

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(毕业论文49页18215字)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。采用计算机网络和短信息两种控制方式,结合了基于ARM的嵌入式系统、单片机系统、计算机网络、移动通信、WIN32编程和J2ME等技术,实现了对遥控型家电和开关型家电的控制。系统以S3CEB2410-I实验箱为硬件平台,建立了嵌入式系统开发环境,移植了Linux2.6.16内核;开发了应用软件,分为主控器、单片机子系统、PC客户端和手机客户端四个模块;加入了用户鉴权功能,以保障系统安全。整个系统具有功能完整,动态更新数据和友好人机接口的特性。最终完成了相关软硬件设计、调试,经测试,完全实现预期功能。最后提出了系统改进的方案和措施。

关键词:智能家居;嵌入式;Linux;以太网;短信息

 


The Design of Smart Home Control System       Based on ARM

Abstract: With the development of Computer Science, Communication Technology and Embedded System, Smart Home is walking into people's lives. A typical Smart Home System consists of safeguard, household appliances control, remote data collection and information service. In this paper, the smart household appliances control system was mainly designed. Using computer network and SMS, integrating embedded system based on ARM, MCU system, mobile communications, programming on WIN32 and J2ME, the control of infrared controlled and switch controlled household appliances has been achieved. S3C2410-I develop box was took as the Hardware platform. Embedded system development environment had been built, Linux 2.6.16 kernel was transplanted; and the application software had been developed, which consisted of main controller, MCU sub system, PC client and mobile client. In addition, User authentication was introduced for protecting system. The entire system had the character of multifunction, dynamic data update and friendly human-machine interface. All the hardware and software develop has been accomplished. The test result showed that the anticipated target was fully achieved. Improvement method and suggestion was presented at last of this paper.

Key words:  Smart Home,  Embedded System,  Linux,  Ethernet,  SMS


目    录
第1章  绪论 1
1.1  智能家居简介 1
1.2  国内外研究现状 1
1.3  智能家居系统的组成与功能 2
1.4  本文的主要工作 2
第2章  系统方案设计与论证 4
2.1  总体方案设计 4
2.2  总体方案论证 4
2.2.1  控制方式与对象 4
2.2.2  系统间通信方式 4
2.3  硬件方案论证 5
2.3.1  移动终端 5
2.3.2  单片机 6
2.4  软件方案论证 6
2.4.1  主控器操作系统 6
2.4.2  Linux文件系统 8
2.4.3  手机端软件 9
2.4.4  手机端数据更新方式 9
2.5  具体方案设计 10
第3章  系统硬件设计 11
3.1  主控器 11
3.2  单片机子系统 12
第4章  嵌入式LINUX系统移植 14
4.1  交叉编译工具 14
4.2  引导加载程序 14
4.3  文件系统移植 15
4.3.1  分区设置 15
4.3.2  YAFFS移植 18
4.4  网卡驱动移植 18
4.5  内核配置与编译 19
4.6  根文件系统 20
第5章  应用软件设计 23
5.1  主控器软件设计 23
5.1.1  整体调度模块 23
5.1.2  网络处理模块 25
5.1.3  串口处理模块 27
5.1.4  短信处理模块 28
5.1.5  设备信息处理模块 31
5.2  PC客户端软件设计 31
5.2.1  网络处理模块 31
5.2.2  红外信号解析 31
5.2.3  手机端软件的生成 33
5.3  单片机软件设计 33
5.3.1  串口处理模块 33
5.3.2  红外线模块 34
5.4  手机软件设计 35
第6章  系统调试 37
6.1  测试设备 37
6.2  系统调试方法和过程 37
6.2.1  串口模块 37
6.2.2  红外模块 37
6.2.3  移动终端模块 37
6.2.4  主控器软件调试 39
结论 40
致谢 42
参考文献 43
附录 44

 
第1章  绪    论
1.1   智能家居简介
智能家居,或称智能住宅,英文常用Smart Home、Intelligent Home。与此相近的还有家庭自动化(Home Automation)、电子家庭(Electronic Home)、数字家园(Digital Family)等。智能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。
智能家居是在家庭产品自动化,智能化的基础上,通过网络按拟人化的要求而实现的。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、网络通信技术、综合布线技术,将与家居生活相关的各种子系统有机的结合在一起。与普通家居相比,由原来的被动静止结构转变为具有能动性的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通[1]。
1.2   国内外研究现状
智能家居概念的起源甚早,但一直未有具体的建筑案例出现,直到1984年美国联合科技公司(United Technologies Building System)将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州(Conneticut)哈特佛市(Hartford)的City Place Building时,才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。之后,美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了“智能家居”的概念。其目标是:将家庭中各种与信息相关的通讯设备,家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术(HBS)连接到一家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、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。
根据美国该行业专业顾问公司PARKSR的统计资料显示:1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33%,看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内,家庭自动化的市场年平均增长率为8%。PARKS公司的资料亦显示:到2004年,家庭网络市场总额可达57亿美元[2]。
我国的智能家居建设起步较晚,但发展潜力很大。20世纪90年代中后期,始于广州、深圳、上海等沿海开放城市,逐步向内地扩展。智能住宅在我国首次出现是在1997年。在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中,上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”。在我国《2000年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案》中,将建设智能化小康示范小区列入国家重点发展方向,建设部要求“到2010年,大中城市中60%的住宅要实现智能化”,到2010年,我国超过70%的家庭将有互联网入网设备,50%以上家庭会有多台上网设备。2001年8月,由国家经贸委牵头,成立了“家庭信息网络技术委员会”,将家庭信息网络技术的体系研究和产品开发作为国家技术创新重点专项计划。
进入二十一世纪,中国加快网络家庭发展的步伐,国内各家电和电子厂家推进了网络家电和家居网络的进程,纷纷推出了数字家庭的样板间设想,“数字家居”已成为业内关注的热点。出现了一系列的“家庭数码信息中心”、“家庭网络中心”、“E-Home”、“E-House”等崭新的数字概念,例如方正电脑的“家用电器智能网络”、海尔的“e 家庭”、实达的“信息家庭(IHome)”、海信的“海景二代”、联想的“Home 战略”等[3]。
1.3   智能家居系统的组成与功能
典型的现代智能家居系统主要包括安防子系统、家电控制子系统、远程抄表子系统、信息子系统。
安防子系统包括门禁系统和各种意外情况的报警系统。通过各种报警探测器的信息采集,当有火灾、漏电、煤气泄漏、管道堵塞、盗贼侵入等情况发生时可以及时报警,避免或减少用户损失。
家电控制子系统利用计算机、移动电话、PDA等设备,实现用户在远程对照明、供暖、空调、卫浴、厨房等家用电器的控制。
远程抄表子系统通过在家庭总路线上配置的数据采集装置,完成住宅三表(水表、电表、气表)的数据自动记录和上传,以便小区管理中心进行了记录、换算、统计、查询和打印等管理操作,为住户提供联网付费,银行自动结算和远程在线查询服务。
信息子系统实现电话、传真、有线电视、Internet接入服务[4]。
1.4   本文的主要工作
本课题研究的内容是基于ARM的智能家居控制系统,主要针对智能家居系统中的家电控制子系统,目标是设计一个可以让用户在远程通过手机短信和以太网两种方式,实现对家电的控制。设计内容有:
1)移植Linux操作系统,搭建嵌入式开发平台。
2)主控器软件。主控器软件实现通过以太网与PC客户端通信,交换服务器和客户端认证信息,提供设备信息服务;接收用户手机的短信息命令,解析后送单片机子系统执行;通过串口与单片机子系统通信,发送移动终端AT指令、红外捕获指令和数据;管理系统配置文件;实现系统整体任务调度。
3)单片机子系统软件。单片机子系统实现遥控器红外信号的捕获、编解码和发送;通过继电器控制开关型电器;通过串口复用向移动终端转发AT指令。
4)PC客户端软件。PC客户端软件实现通过以太网与主控器通信;发送和维护(增加、删除和更改)家电控制命令;实现手机端软件的JAR打包。
5)手机客户端软件。使用J2ME技术,以菜单界面接受用户输入,通过短信息发送控制命令。

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