嵌入式技術在智能家居控制系統中的應用探究

李雙領 王晨

摘 要：本文介紹了嵌入式技術和智能家居系統的概念，并主要探索了基于基于TinyOS技術、基于Zigbee技術和基于Wi-Fi技術的嵌入式技術在智能家居系統控制系統中的應用。

【關鍵詞】嵌入式技術 智能家居 控制系統

伴隨著經濟社會和科技的長足發展，人們對生活的便捷性要求越來越高，智能家居控制系統應運而生，并得到了快速的發展。

1 嵌入式的概念

上世紀七八十年代，嵌入式系統的概念首先在美國出現，這是一種綜合了微電子、傳感器、半導體、通信和計算機等功能的技術。近年來，微電子技術和半導體技術迅猛發展，同樣也帶動了嵌入式技術的發展。嵌入式技術的發展決定了其應用的范圍越來越廣，應用的形式也越來越多樣化。

2 智能家居系統簡介

所謂智能家居是指：借助智能化和人性化的管理系統，營造一個便捷、安全、健康、舒適、節能、環保的生活環境。智能家居系統的運行要得以保障，離不開系統控制技術、通信技術和傳感器技術等，因此將包含這些技術的嵌入式技術應用于智能家居系統，對于智能家居系統的發展和完善具有重要意義。

3 嵌入式技術的應用

3.1 基于TinyOS技術的嵌入式技術

TinyOS技術是源于Aavid Culler為無線傳感網絡開發的一種嵌入式系統，這種系統的開發采用的編程基礎是NesC語言。TinyOS技術建立的基礎是各組件以一定的方式形成架構，它能夠以很短的時間實現所有的應用，而且由于其設計采用模塊化，保證了它具有核心小的特點。即使是傳感器資源較少時，其使用也不會受到限制，因此TinyOS技術保證了它能在無線傳感器網絡上也能不受影響的運行，能正常地發揮其管理作用。TinyOS技術具有一個類似網絡協議的層次結構，有分管接收的底層硬件，有可以進行數據編碼的綜合硬件層組件，具有傳輸數據包和參數的功能和解析的功能。另外還具有分管數據打包的上層軟件組件，可以傳遞數據、選擇路由。而其中的上層組件是由應用程序組件和主組件共同組成。

基于TinyOS技術的嵌入式技術還需要采用編程語言，合適的編制語言有NesC語言。這是一種能夠支持組件化編程的語言，它的優勢在于能夠結合思想和執行模型，其中思想是指組件化和模塊化思想，而執行模型是指基于事件驅動的模型。NesC語言借助于將組織和命名采用一定的組件連接方式，進而共同構成一個完整的嵌入式網絡系統。NesC語言對于TinyOS技術的開發運行非常有用，可為其提供運行模式。

Qt開發框架是建立在對C++程序的完整應用基礎上的，它的API接口非常豐富，重要的是它所擁有的API接口都具有相同的平臺，就是在一次編寫之后，能夠實現隨處編譯，這一點對于開發調試非常有好處，而且便于應用擴展的實現。根據所需要的功能，用Qt設計應用程序的框架，而應用程序做為最上層程序，完成它的設計，就能充分利用它的編譯功能，取得事半功倍的效果。

借助于TinyOS技術和NesC語言的幫助，基于人們對家居環境的具體要求，用Qt編程技術就可以設計出一個完美的，能夠實現人們要求的智能家居控制系統。當然，這個系統必不可少的還有一個傳感器，它能夠探測、收集環境信息。這個過程中的用戶界面開發需要借助Qt編程技術和具有豐富性和跨平臺性的API接口。這三項結束的結合能夠設計出界面優美、功能強大的、人性化的家居系統。

3.2 基于Zigbee技術的嵌入式技術

Zigbee技術是一種短距離的無線電通信協議，它是一種新興的通信協議，主要是針對低速率的無線個域網。Zigbee技術做為一種技術提案，處于無線標記技術和藍牙兩者之間。但是一般情況下，它用于短距離內的無線連接。Zigbee技術的通信是靠數千的微小傳感器根據802.15.4標準相互協調實現的。Zigbee技術的通信效率比較高，原因是：各個傳感器通過無線電波，將數據以接力的方式進行傳播。雖然目前情況下，短距離無線電通信協議非常多，但是Zigbee技術有相比于其它技術的優勢，所以更適合用于智能家居系統，而且Zigbee技術具有與移動網絡基站類似的數據傳輸模塊，支持無限擴展。

將Zigbee技術應用于智能家居系統，采用無線電通信技術，將系統中的家電設備連接成星型網絡。Zigbee技術的通信協議由網絡協調器和終端節點以及路由器但中節點共同構成。Zigbee技術中的路由器節點具有路由發現功能，能夠參與信息轉發，它擴展網絡的覆蓋范圍是通過連接別的節點來實現的。Zigbee技術終端節點連接網絡的方式包括協調點和路由點。但是其它節點無法通過Zigbee技術終端點加入網絡，而且Zigbee技術終端點的優勢還有能夠實現低功率運行。

Zigbee技術伴隨著自動化的產生而出現，它能夠實現無線通信和數據傳輸，是無線傳感器網絡得以實現的支撐技術，具有功率小，能耗低、成本低的優點。近幾年伴隨這智能家居系統的需求越來越高，它的應用也越來越廣泛，它的功能也越來越受到人們的重視。

3.3 基于Wi-Fi技術的嵌入式技術

建立在Wi-Fi技術基礎上家居系統，它的實現主要包括智能傳感器，配合互聯網服務器，以及控制媒介和中央處理器。這種系統的控制媒介一般為智能手機，信息由服務器傳向中央處理器，借助Internet進行有效連接，進而實現控制智能家居系統。這種系統的優勢在于，其在運行時，通過互聯網，用戶便能夠對家居系統進行控制。這種系統的功能要充分實現還需要一定的硬件支持，主要包括三個方面：

3.3.1 FPGA平臺

它在硬件系統起的作用是最關鍵和核心的，它的主要功能包括掌控動作電路、監測并反饋動態信息、處理和接手控制指令。

3.3.2 Wi-Fi系統建立

打個比方，應用無線模塊HLK-RMO4，這是一種全新的、能夠有效適應的嵌入式模塊。這種模塊的基礎是通用串行接口，有內置的TCP和IP協議，主要是為了將無線信號和FPGA控制中心連接起來。

3.3.3 繼電器模塊

智能家居系統的控制對象是普通的家電，它們屬于強電范圍，因此操作作用的實現就需要借助控制平臺，而繼電器模塊能夠實現中間控制。

建立在Wi-Fi技術的智能家居系統在應用過程中具有性能穩定的優點，除此之外，對家庭內部相關網絡的應用能夠實現無線控制家居設備。而且，在設計過程中，將智能手機的應用結合進來，對于設計的靈活性和效率大有裨益。因此基于基于Wi-Fi技術的智能家居系統開發非常具有前景。

4 結束語

隨著物質生活和精神生活的日益豐富，人們對于家居環境的要求越來越高，智能家居系統的舒適和時尚越來越為人們所樂于接受，智能家居系統的開發也將受到研究者的關注?；赥inyOS技術、基于Zigbee技術和基于Wi-Fi技術智能家居系統各有優點，各具特色，研發人員在研發過程中可根據不同的需求進行選擇。

參考文獻

[1]關海鵬.嵌入式系統在智能家居監控中的應用研究[J].運城學院學報，2014（32）：22-24.

[2]李春萍，等.基于TinyOS與嵌入式技術的智能家居系統[J].技術縱橫報，2006（1）：22-25.

作者單位

沈陽師范大學 遼寧省沈陽市 110034