嵌入式系統在智能家居中的應用

黃 雷 楊 琴

1.成都市技師學院(成都工貿職業技術學院) 四川 成都 610000；2.四川鐵道職業學院 四川 成都 611732

前言

嵌入式系統誕生于微型機的時代,嵌入式系統實質是將一個計算機嵌入到另一個對象體系中去。由于嵌入式計算機的系統要嵌入到其他對象體系中,實現的是對對象的智能化的控制,所以,它有與通用的計算機系統不同的技術的要求與技術的發展方向。

1 嵌入式系統的概述及發展

目前,國內普遍認同的嵌入式系統定義為以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪,應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應用環境有特殊要求的專用計算機系統。嵌入式系統有如下共同點：(1)功能專一：專門為某一特定應用系統而設計；(2)結構緊湊：嵌入式系統結構必須特別的緊湊,從而達到小體積,高性能,低成本,低功耗；(3)智能靈活及實時性：即要對不同的情況做出不同的反應,同時必須實時地給出計算的結果并進行實時控制。

縱觀嵌入式技術的發展過程,大致經歷了四個階段。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統,具有與監測、伺服、指示設備相配合的功能。第二階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統為核心的嵌入式系統。第三階段是以嵌入式操作系統為標志的嵌入式系統。第四階段是以Internet為標志的嵌入式系統。目前大多數嵌入式系統還孤立于Internet之外,但隨著Internet的發展以及Internet技術與信息家電、工業控制技術結合日益密切,嵌入式設備與Internet的結合將代表嵌入式系統的未來。

2 智能家居的概述及發展

智能家居是通過綜合采用先進的計算機、通信和控制技術,建立一個由家庭安全防護系統、網絡服務系統和家庭自動化系統組成的家庭綜合服務與管理集成系統,從而實現全面的安全防護、便利的通訊網絡以及舒適的居住環境的家庭住宅。

智能家居的未來發展會是什么樣?未來的智能家居將朝以下幾個方向發展：(1)觸摸控制,將成為智能家居普及型的控制方式,通過一個智能觸摸控制屏實現對家庭內部為燈光,電器,安防,監控,等智能控制。(2)智能手機,將成為未來智能家居最重要的移動式智能控制終端,通過手機的智能家居客戶端軟件或WEB方式,實現對家庭內部的遠程監控與控制。(3)無線與有線控制系統,將會無縫結合,干線區域采用布線控制系統,小區域采用無線控制系統,這將是未來智能家居控制系統與技術的發展方向。

3 基于嵌入式系統的智能家居的應用及實現形式

3.1 嵌入式系統及智能家居網絡的應用 嵌入性、專用性是嵌入式系統的基本要素,它具有功耗低、體積小、集成度高、移動能力和網絡互聯能力強的特點。系統軟件通常以固態形式存在,運行速度和可靠性高；同時嵌入式操作系統可以使得開發集中精力在本領域,通過操作系統提供的API函數的支持,減少對底層軟硬件的關注,加快開發進度并提高開發程序的穩定性,嵌入式系統更大的優點是具有內核小和多任務操作系統,軟件可剪裁,可靠性高,實時性好,專用性強。

3.2 智能家居網絡的幾種實現形式

(1)RS-485構建智能家居網絡。RS-485通信網絡作為一種成熟的技術,已經廣泛地應用于工業控制、汽車電子等領域,它的噪音抑制能力很強,數據傳輸速率最高可達10Mbps。RS-485的網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構,不支持環型或星型網絡。傳輸介質一般選用雙絞線,在通信距離超過1.2km時,應在網絡中適當加入RS-485中繼器。

(2)CAN總線構建智能家居網絡。CAN總線也稱為控制器局域網,是國際上應用最廣泛的現場總線之一,其通信有以下優點：1、用通訊數據塊編碼,可實現多主工作方式,可實現點對點、一點對多點及全局廣播等多種傳輸方式。2、CAN網絡具有完善的錯誤處理機制。3、網絡采用分布式結構,CAN總線是基于發送報文的編碼,增添或刪減CAN上的控制節點不會對系統造成太大的影響。4、現場布線和安裝簡單、易于維護、經濟性好、速度快、且工程建設簡單。

(3)Lon Works總線構建智能家居網絡。Lon Works是具有強勁勢力的全新的總線技術,它采用了ISO/OSI模型的全部7層通信協議,采用面向對象的設計方法,其通信最大速率為1.25Mbps,直接通信距離可達2.7km,支持雙絞線、同軸電纜、光纖等多種通信介質。

(4)藍牙技術構建智能家居網絡。它由內嵌藍牙模塊的嵌入式系統組成家庭網關,擔當信息處理平臺的角色,與內嵌藍牙模塊的家用設備、手持控制設備共同組成智能家居藍牙網絡。

4 嵌入式系統在智能家居中的優勢

嵌入式系統在智能家居中有著先天的優勢：(1)采用嵌入式系統,系統處理能力大大增強,可以給您帶來更加逼真的圖象以及更加真實的語音等。(2)根據系統定制的實時操作系統不僅可以最大限度的利用硬件資源而且還避免了過于龐大的系統造成的系統冗余。(3)采用嵌入系統解決方案,系統架構更加清晰簡捷。(4)軟件開發使用常用的C、C++、JAVA等常用開發語言,開發能力強大。(5)軟件采用分層設計方便維護和升級,大大提高了代碼利用率,縮短開發周期。(6)嵌入式系統有及其豐富的硬件接口,包括：以太網絡接口,LCD接口,觸摸屏接口,人機交互鍵盤等,統一引出,以備將來系統擴展。操作系統采用開源的操作系統,開發資源豐富,軟件上提供標準通用的API二次開發接口,可移植性強。

5 嵌入式智能家居的發展趨勢

嵌入式技術的蓬勃興起為智能家居行業的發展指明了技術發展趨勢,也提供了技術革新的有利武器。目前,總的看來,未來智能家居發展趨勢如下：(1)技術引領無線智能家居。(2)云計算牽手智能家居。(3)體驗全方位人性化。

綜上所述智能家居的這些特點,嵌入式系統不管從哪個方面考慮都是實現智能家居控制的不二之選。

6 結論

本文主要講述了嵌入式系統的發展及其優點、智能家居的發展趨勢以及嵌入式系統在智能家居中的應用和實現形式,最后對基于嵌入系統的智能家居的發展趨勢進行了具體闡述。目前,嵌入式系統已經廣泛應用于人類的各個方面,對國家和人們的生活生產有著重要的意義,而智能家居則是未來家居發展的必然趨勢,因此,基于嵌入式系統的智能家居必然將會有一片巨大的市場。