嵌入式智能家居控制系統的設計與實現

杜洪濤

摘要：隨著科技進步和互聯網的發展，人們的生活水平不斷提高，智能化的生活方式已被人們所接受并且受到人們的推崇。智能技術從一開始在生產工作中的運用，逐漸向家居生活方面延伸，以此實現家居智能化。嵌入式智能家居系統使人們在外出的情況下，可以對家中情況進行遠程監控，借助智能控制系統提供的周圍環境與家中情況的數據，人們可以遠程操控家里的電器、門窗、電源等。以達到節約能源、安全防護、合理安排時間的目的。

關鍵詞：智能家居；控制系統；設計；問題

引言：

目前，智能家居理念正在逐漸普及，智能家居方面的應用也在增加，但是也呈現出了一些問題，在住戶隱私資料保密措施、遠程控制操作復雜、實際運行效率低、系統自動化差、智能電器間缺乏各環節之間的配合度、操作方式單一簡單等等。這些問題讓人們在實際運用中并沒有完全得到方便、快捷、舒適的體驗感受。家居智能化已經成為未來發展的一大趨勢，通過對目前所產生的問題的了解，本文將簡要介紹一種控制系統的設計與實現，并對嵌入式智能家居提出一些建議。

一、關于嵌入式智能家居控制系統

家居智能系統主要由門禁系統、燈光系統、網絡通訊與通信系統、數據處理系統、報警系統、監控系統這幾個系統組成。其管理對象是家中的電器設備，比如空調、指紋解鎖門、智能清掃機器人等。相比較過去的電器設備一般都需要人們近距離控制、手動操作的繁瑣，智能家居的遠程控制和自動性能大大減輕了人們的家務量，使生活更加方便，省下了更多的時間[1]。

二、系統結構的設計

該系統的主要流程是各個小系統的傳感器對接收到的信號進行處理，經過信號轉換后再次處理，S3C2440處理器接收信號后又進行處理和信號轉換，傳送給執行器以及通過GPRS傳送到用戶手機智能終端，電器便能自動對信號進行反應或者按照用戶遠程指令照做。

（一）系統硬件

以ARM920T為內核的S3C2440處理器作為主要的控制芯片和控制平臺，其內部有多個控制器的接口，方便與器件聯系，與電源聯通后，控制平臺通過寬帶或無線網聯系到Internet，再與Web瀏覽器和遠程控制客戶端相連接。GPRS是該系統連接內外的主要模塊，使用戶在戶外也能進行遠程監控與管理。USB攝像頭負責采集住宅內的視頻數據，各感應器時時對特殊情況進行感應，在緊急情況發生的時候便觸發住宅內的報警系統聯系物業，并通過GPRS系統及時向住戶發送短信或者APP信息。該系統選用3.8寸的液晶屏，保證人機之間的信息交互。通過GPIO接口連接煙霧傳感器、紅外線探測器等，對各模塊實現總的控制。

（二）軟件設計

軟件設計主要由應用程序與監測界面組成。應用程序通過對驅動程序下達指令，以此實現對電器的控制。需要實現門禁系統、燈光系統、監控系統等程序的設計。該程序配合Web服務器，以使用CGI語言來實現[2]。CGI主要有兩個作用，第一，及時反饋用戶查詢的信息，包括電器運行情況、開關閉合情況、室內環境等，CGI以頁面的形式整合數據發送給用戶。第二，響應用戶的遠程指令，轉換分析用戶指令后，執行用戶的控制動作，并且將運行的歷史數據記錄到文件中。用戶啟動CGI程序，就能在控制界面上得到數據信息，以實現遠程控制[3]。

三、嵌入式智能家居的實現

（一）門禁系統

門禁系統可以是指紋、人臉、后臺遠程控制、二維碼等幾種方式控制。指紋和人臉的門禁方式相當于對電器輸入了特殊口令或者編碼。后臺遠程控制是通過網絡通訊對電器下達命令。二維碼門禁是由云端給用戶提供一個加密過的二維碼，通過二維碼與掃描設備的匹配來打開門鎖。

（二）智能燈光系統

智能燈光系統從亮度和開關兩個方面進行控制，其控制角度又是多方面的。其裝置了各類傳感器，有移動傳感器、聲音傳感器、光亮照度傳感器等，通過對人體進行紅外線檢測，在人來去的時候調節開關；根據室外環境的光線亮度調整室內亮度，控制室內恒照度；通過腳步聲或其他聲音調節開關。還有時間控制，定時開關；用紅外遙控器控制燈光；連接互聯網等多種手段進行綜合多樣的控制。提高照明效率，很大程度上節省電能，也延長了燈具的使用壽命，減少了使用和維修成本。

（三）網絡通訊與通信系統

該系統是家居智能系統中的主要系統，是實現遠程控制的關鍵環節，其通訊手段主要有兩種。第一，手機APP。智能電器以手機為入口，以家庭WIFI為路徑，時刻連接電器供應商的后臺服務器，用戶下載安裝電器供應商的各類個性程序和自動檢測程序，就可以遠距離了解到家中的情況。第二，通話與短信，利用GPRS將紅外感應到的家中異常情況及時反饋給住戶，其在費用負擔上也比較便宜。

（四）報警系統

報警系統是在以上系統的基礎之上，時時探測家中情況，例如門窗被非正常打開、煤氣泄漏、火災煙霧彌漫等情況下，門磁感應器、紅外感應器、吸頂式熱感探測器、煙霧探測器、玻璃破碎探測器等就會發出警報，提醒用戶，用戶可以即刻按下報警系統自帶的緊急按鈕快速聯系保安中心[4]。

（五）監控系統

監控系統則與網絡通訊、通信系統和報警系統相連接，安裝USB攝像頭，通過WIFI傳送時時視頻，在手機終端上就可以實現遠程監控了。

四、應當注意的問題

第一，嵌入式系統的升級，過去的嵌入式系統比較封閉，需要專門的工具寫入系統，并且無法單獨更新程序，未來需要設計更開放的嵌入式系統。第二，從用戶體驗出發，注意生活細節，部分智能電器在使用過程中存在環節之間的聯系。比如目前的遠程控制空調，在用戶到家之前就可以開啟，設計時應當考慮空調與到窗戶關系，使智能空調與智能窗戶結合，避免到家后空調開啟窗戶卻沒關上的尷尬，反而浪費資源，增加用戶煩惱。第三，用戶隱私的保密性，在通訊過程中往往需要借助互聯網和提供商的服務平臺，隱私安全是十分重要的問題。

五、結束語

智能家居行業正在不斷發展，智能家居給人們帶了更舒適簡單的生活，但智能家居在未來還有很長的路要走，本文提出了一種嵌入式智能家居系統，介紹了其系統硬件和軟件，以及在使用上的功能和未來改進部分的可行性。實現了時時檢測、傳遞信息、自動響應、遠程控制、安全防護的功能。

參考文獻：

[1]李云霞，李合菊，吳曉燕.嵌入式智能家居控制終端通信設計與實現[J].電子測試，2013（24）：17-18.

[2]南春輝，李博，武穎.基于Web技術的嵌入式智能家居系統設計[J].電視技術，2013，37（3）：86-89.

[3]鄭冰.智能家居遠程控制系統的設計與實現[J].內蒙古師大學報（自然漢文版），2014（5）：602-605.

[4]趙桂云，李賀，宋白玉，等.基于嵌入式的智能家居控制系統設計[J].電腦知識與技術，2017，13（16）：163-164.endprint