嵌入式家居智能控制系統的綜合設計

張鄭亮

摘 要：本文針對智能家居系統的特點和所要實現的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統的控制核心，按照總體設計方案的要求，完成了整個系統硬件平臺的設計，并針對相關模塊給出了各自的硬件設計方案。

關鍵詞：嵌入式技術 無線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗過的安全與便利，受到市場的熱捧，成了世界范圍內的研究熱點。其中，嵌入式技術應用不僅能有效地實現智能家居功能，還可大大降低研發成本、縮短開發時間，呈現出良好的市場前景和應用價值。

當前智能家居控制系統多以單片機或ARM7作為主處理器，運算速度和系統資源相對有限，功能相對簡單，智能化程度不高，應用范圍窄。由于該類系統主要采用開關量檢測，經常因為檢測資源的匱乏無法有效地實現系統的分析功能。且該類系統硬件電路不能隨意增加和減少設備，一旦硬件改動，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無線控制系統結構設計

筆者設計的智能家居無線控制系統結構框圖如下圖所示。本設計選擇ARM9作為嵌入式系統的主處理器，盡管ARM9的價格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠較ARM7豐富，故而可大大簡化外圍電路設計，不僅性能更強，綜合性價比也大為提高。

圖 智能家居系統總體結構框圖

系統中的GPRS模塊和手機模塊構成通信模塊，ZigBee無線網絡在控制模塊和家居電器間構建信息通道，傳感器模塊檢測家居環境，并將數據傳遞給控制模塊。此外，本設計還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語音報警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無線網絡實現ARM對家居電器的監控，同時防止外部對本系統內部設備的攻擊與非法訪問。采用無線技術的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網絡內設備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實現遠程控制，為家居生活帶來了極大的方便。結合傳感器模塊，即使發生意外情況時家中無人，也可迅速報警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠程控制做出補救。如家中有成員走動時，空調保持一定的室溫，而無人走動時關閉空調或升高室溫，從而提高舒適度，節約能源。

二、系統主程序模塊設計思路

系統主程序模塊主要是控制相應的設備以達到預期指標效果，主程序對系統采集的信息進行整合并加以分析判斷。例如系統設定的溫度值為27℃，而當前采集的溫度值為30℃，系統就會控制制冷裝置自動啟動，并關閉門窗，使得室內的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現故障，采集的信息沒有隨相應設備工作發生改變，則系統能自動判別并將傳感器故障報警信號置位，避免系統因為傳感器的故障而導致判斷出現問題。

三、系統功能

該系統功能具體描述如下。

家居電器的綜合監控：控制系統內所有相關家居電器，包括對其設置的參數和監測狀態的檢測，并做出相應的反應。

室內環境信息采集：定期采集數據，主要監測濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統作為參考。

自動報警：一旦家居環境發生超出設定閥值的變化，如有毒氣體超標，或監測到陌生人未經開啟門鎖入室，控制系統會自動報警，并通過GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過家庭計算機監控家居電器。

遠程控制：依賴互聯網和ZigBee系統，家庭成員可通過通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯網、家庭網關和通信終端，家庭成員和家居環境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統在未解除的情況下發生某些操作，或家居電器發生異常時，控制系統會立即通知家庭成員，達到安全防盜的效果。

筆者設計的基于嵌入式系統的智能家居遠程無線控制系統，在功耗、體積、性能和可擴展性上有獨特的優勢，經過對實驗結果的分析、驗證，該系統基本達到了預期的要求，可實現家居的智能控制，具有廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠程監控系統前端的設計與實現[J].現代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統設計[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機械制造技工學校）endprint

摘 要：本文針對智能家居系統的特點和所要實現的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統的控制核心，按照總體設計方案的要求，完成了整個系統硬件平臺的設計，并針對相關模塊給出了各自的硬件設計方案。

關鍵詞：嵌入式技術 無線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗過的安全與便利，受到市場的熱捧，成了世界范圍內的研究熱點。其中，嵌入式技術應用不僅能有效地實現智能家居功能，還可大大降低研發成本、縮短開發時間，呈現出良好的市場前景和應用價值。

當前智能家居控制系統多以單片機或ARM7作為主處理器，運算速度和系統資源相對有限，功能相對簡單，智能化程度不高，應用范圍窄。由于該類系統主要采用開關量檢測，經常因為檢測資源的匱乏無法有效地實現系統的分析功能。且該類系統硬件電路不能隨意增加和減少設備，一旦硬件改動，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無線控制系統結構設計

筆者設計的智能家居無線控制系統結構框圖如下圖所示。本設計選擇ARM9作為嵌入式系統的主處理器，盡管ARM9的價格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠較ARM7豐富，故而可大大簡化外圍電路設計，不僅性能更強，綜合性價比也大為提高。

圖 智能家居系統總體結構框圖

系統中的GPRS模塊和手機模塊構成通信模塊，ZigBee無線網絡在控制模塊和家居電器間構建信息通道，傳感器模塊檢測家居環境，并將數據傳遞給控制模塊。此外，本設計還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語音報警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無線網絡實現ARM對家居電器的監控，同時防止外部對本系統內部設備的攻擊與非法訪問。采用無線技術的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網絡內設備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實現遠程控制，為家居生活帶來了極大的方便。結合傳感器模塊，即使發生意外情況時家中無人，也可迅速報警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠程控制做出補救。如家中有成員走動時，空調保持一定的室溫，而無人走動時關閉空調或升高室溫，從而提高舒適度，節約能源。

二、系統主程序模塊設計思路

系統主程序模塊主要是控制相應的設備以達到預期指標效果，主程序對系統采集的信息進行整合并加以分析判斷。例如系統設定的溫度值為27℃，而當前采集的溫度值為30℃，系統就會控制制冷裝置自動啟動，并關閉門窗，使得室內的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現故障，采集的信息沒有隨相應設備工作發生改變，則系統能自動判別并將傳感器故障報警信號置位，避免系統因為傳感器的故障而導致判斷出現問題。

三、系統功能

該系統功能具體描述如下。

家居電器的綜合監控：控制系統內所有相關家居電器，包括對其設置的參數和監測狀態的檢測，并做出相應的反應。

室內環境信息采集：定期采集數據，主要監測濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統作為參考。

自動報警：一旦家居環境發生超出設定閥值的變化，如有毒氣體超標，或監測到陌生人未經開啟門鎖入室，控制系統會自動報警，并通過GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過家庭計算機監控家居電器。

遠程控制：依賴互聯網和ZigBee系統，家庭成員可通過通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯網、家庭網關和通信終端，家庭成員和家居環境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統在未解除的情況下發生某些操作，或家居電器發生異常時，控制系統會立即通知家庭成員，達到安全防盜的效果。

筆者設計的基于嵌入式系統的智能家居遠程無線控制系統，在功耗、體積、性能和可擴展性上有獨特的優勢，經過對實驗結果的分析、驗證，該系統基本達到了預期的要求，可實現家居的智能控制，具有廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠程監控系統前端的設計與實現[J].現代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統設計[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機械制造技工學校）endprint

摘 要：本文針對智能家居系統的特點和所要實現的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統的控制核心，按照總體設計方案的要求，完成了整個系統硬件平臺的設計，并針對相關模塊給出了各自的硬件設計方案。

關鍵詞：嵌入式技術 無線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗過的安全與便利，受到市場的熱捧，成了世界范圍內的研究熱點。其中，嵌入式技術應用不僅能有效地實現智能家居功能，還可大大降低研發成本、縮短開發時間，呈現出良好的市場前景和應用價值。

當前智能家居控制系統多以單片機或ARM7作為主處理器，運算速度和系統資源相對有限，功能相對簡單，智能化程度不高，應用范圍窄。由于該類系統主要采用開關量檢測，經常因為檢測資源的匱乏無法有效地實現系統的分析功能。且該類系統硬件電路不能隨意增加和減少設備，一旦硬件改動，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無線控制系統結構設計

筆者設計的智能家居無線控制系統結構框圖如下圖所示。本設計選擇ARM9作為嵌入式系統的主處理器，盡管ARM9的價格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠較ARM7豐富，故而可大大簡化外圍電路設計，不僅性能更強，綜合性價比也大為提高。

圖 智能家居系統總體結構框圖

系統中的GPRS模塊和手機模塊構成通信模塊，ZigBee無線網絡在控制模塊和家居電器間構建信息通道，傳感器模塊檢測家居環境，并將數據傳遞給控制模塊。此外，本設計還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語音報警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無線網絡實現ARM對家居電器的監控，同時防止外部對本系統內部設備的攻擊與非法訪問。采用無線技術的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網絡內設備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實現遠程控制，為家居生活帶來了極大的方便。結合傳感器模塊，即使發生意外情況時家中無人，也可迅速報警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠程控制做出補救。如家中有成員走動時，空調保持一定的室溫，而無人走動時關閉空調或升高室溫，從而提高舒適度，節約能源。

二、系統主程序模塊設計思路

系統主程序模塊主要是控制相應的設備以達到預期指標效果，主程序對系統采集的信息進行整合并加以分析判斷。例如系統設定的溫度值為27℃，而當前采集的溫度值為30℃，系統就會控制制冷裝置自動啟動，并關閉門窗，使得室內的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現故障，采集的信息沒有隨相應設備工作發生改變，則系統能自動判別并將傳感器故障報警信號置位，避免系統因為傳感器的故障而導致判斷出現問題。

三、系統功能

該系統功能具體描述如下。

家居電器的綜合監控：控制系統內所有相關家居電器，包括對其設置的參數和監測狀態的檢測，并做出相應的反應。

室內環境信息采集：定期采集數據，主要監測濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統作為參考。

自動報警：一旦家居環境發生超出設定閥值的變化，如有毒氣體超標，或監測到陌生人未經開啟門鎖入室，控制系統會自動報警，并通過GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過家庭計算機監控家居電器。

遠程控制：依賴互聯網和ZigBee系統，家庭成員可通過通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯網、家庭網關和通信終端，家庭成員和家居環境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統在未解除的情況下發生某些操作，或家居電器發生異常時，控制系統會立即通知家庭成員，達到安全防盜的效果。

筆者設計的基于嵌入式系統的智能家居遠程無線控制系統，在功耗、體積、性能和可擴展性上有獨特的優勢，經過對實驗結果的分析、驗證，該系統基本達到了預期的要求，可實現家居的智能控制，具有廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠程監控系統前端的設計與實現[J].現代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統設計[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機械制造技工學校）endprint