基于嵌入式的智能家居控制系統的設計與實現路徑

郭詩霖

（遼寧科技大學，遼寧鞍山，114051）

0 引言

伴隨著經濟與科技的發展，人們的生活水平也越來越高，對生活質量的要求也在不斷提高。，因此，推動了科技在居家環境中的應用，智能家居控制系統在慢慢實現。此前，智能家居控制系統大多將處理器作為核心，對于室內環境、監測等沒有做太多把控。隨著人們對生活品質的要求不斷提高，室內環境、智能監測等是被人們所需求的，而該系統具有低能耗、低成本和穩定性高的特性，因此，嵌入式的智能家居控制系統的設計與實現對提高人們生活質量具有重要的意義[1]。

1 智能家居控制系統架構

該智能家居的主控芯片為S3c2440 processor，S3c2440 processor是 在RISC microprocessing of ARM920T core的基礎上形成了許多控制接口，方便使用，同時也便于與外部器件連接。傳感器在檢測居家環境中起到重要作用，同時還需要用到USB攝像頭采集視頻數據。用戶想要查看各種信息，需要先將系統聯網，再登錄家居管理主頁進行操作就可以[2]。智能家居控制系統框架結構如圖1所示，當家里發生緊急情況時，會有蜂鳴器報警發出警報，會自動通過GPRS通信系統向用戶發送緊急短信。

圖1 智能家居控制系統框架結構

2 硬件設計

■2.1 嵌入式微處理器

嵌入式微處理器的設計是在Tx2440a development board的基礎上進行的。主控芯片為S3c2440 processor可以使主頻可以達到390兆赫以上，而且還具有多項功能如存儲器管理單元、控制器、支持外部存儲器等功能。系統內存為64兆，快閃記憶體為256兆，顯示屏為3.5in薄膜晶體管真彩色液晶屏，Dm9000 for network chip，USB主機4個、從機1個。

■2.2 視頻采集模塊

該系統是在Linux系統提供視頻4 LinuxAPI函數的基礎上，采用ZC301型號攝像頭進行視頻采集的。視頻流服務器通過內部總線接收視頻數據，然后再被壓縮進行傳輸，傳輸是通過TCP/IP 協議進行的，最后通過CGI函數進行客戶端與服務器的聯系，客戶就可以通過手機或者瀏覽器對現場畫面進行監控[3]。

■2.3 傳感器模塊

智能家居控制系統在傳感器模塊采用的是EE210溫度傳感器，采集室內濕度采用的是HM1520濕度傳感器，檢測室內粉塵采用的是TQ15-GC1000J粉塵傳感器，檢測電路一般采用LH1778，報警器采用的是蜂鳴器，在報警觸發之后，在通過GMS發出報警短信。這些信息到達控制中心是通過S3C2440，再將所有信息傳送至Web。

■2.4 GPRS通信模塊

該模塊主要選用的PCIE8914，該模塊的主要作用是提供語音傳輸、數據傳輸等，內部安裝了外部應用程序和多媒體短信服務[4]。該模塊采用串列埠進行數據通信，接收處理器發送的數據主要是通過PCIE8914的雙向端口，向處理器發送數據的也是該模塊上的雙向端口。通信模塊處于中心位置（GPRS網絡和Internet網絡），并將二者連接起來進行數據通信。

3 軟件設計

軟件設計主要完成應用程序的設計和監測界面的實現。對室內的各個環境進行監控（照片、粉塵、安全問題等），各個模塊在檢測中起到不同的作用。該嵌入式智能家居控制系統的設計將應用程序嵌入到網頁中，實現了計算機生成影像。用戶可以通過計算機生產影像的程序，通過反饋的方式傳達個客戶，客戶打開頁面就可以進行查看，進而達到監控的目的。

■3.1 環境檢測模塊

該模塊主要是起到檢測的作用（溫度、濕度、粉塵等），整個過程以傳感器為基礎獲取信息，再進行傳遞（互聯網-服務器平臺）。圖2為室內環境溫度采集流程圖，用戶通過手機或者瀏覽器就可以看到室內情況，蜂鳴器裝置在室內環境達到危險值時就會進行報警，會自動通過GSM系統向用戶發送緊急短信[5]。

圖2 室內環境溫度采集流程圖

■3.2 照明模塊

該模塊的作用主要是室內照明，而用于照明的燈主要是LED燈（LED1-LED3）。同時還創建一個文本用于保存燈的狀態信息，而且還會進行數據更新等操作。

■3.3 視頻監控模塊

該模塊主要包含3部分：①視頻圖像采集部分；②視頻數據傳輸部分；③視頻圖像顯示部分。進行圖像采集的是Linux系統內部的V4L，原始圖像經過JPEG壓縮輸將被送到客戶端供客戶播放查看，在中層采用實時傳輸控制協議，目的是為了保證視頻的傳輸質量不被破壞，在網絡層采用的是通訊傳輸協議[6]。通過外部應用程序和Web端實現客戶與網絡的交互。

■3.4 監測界面的實現

該系統的控制界面在計算機生成影像的基礎上構建而成，主要包含兩部分：①靜態表單頁面設計，使用超文本標記語言；②態Web頁面設計，使用計算機生成影像。當用戶訪問服務器時，彈出的第一個界面是輸入登錄信息，等信息驗證通過后，用戶才能進行主頁。主要的功能主要包含三個：①室內電燈控制；②家居環境檢測；③網絡視頻監控。以上三個功能均有主網絡進行控制，計算機生成影像進行傳輸和操作，生成的視頻通過視頻服務器傳輸到主頁，供客戶查看?？蛻粼谶M行遠程觀看視頻時，還可以進行拍照。

4 系統調控與測試

為了驗證該嵌入式智能家居控制系統能否支持Android或iOS客戶端能使用，進行了一系列系統調控與測試。分別進行軟件測試、硬件測試，再將兩種軟件進行結合測試。其中硬件測試采用E2PROM芯片24C02的讀寫程序，通過數字信號處理進行程序加載，并設定電壓為220伏進行測試，其他測試與此類似。因此，嵌入式智能家居系統可以通過多線程序加載來輔助各模塊實現功能化處理，提高了系統的面向性。嵌入式智能家居控制性能分析圖如圖3所示，該圖詳細的分析了嵌入式智能家居控制的覆蓋率。由圖可以看出，不同的手機客戶端對嵌入式智能家居控制的覆蓋率結果不同，嵌入式智能家居控制系統，對手機端的移動點數依賴較小，因此增加了該系統的安全性和可靠性，同時還提高了智能家居的控制覆蓋率。

圖3 嵌入式智能家居控制性能分析

通過以上測試可以得出，該嵌入式智能家居控制系統通過網頁和手機可以進行查看，監測室內的各個部分的工作狀態，而且可以對傳感器的信息進行收集整理。用戶可以打開遠程操作界面進行登錄，在輸入完正確的用戶名和密碼之后進入到操作頁面，此時就可以查看室內的所有信息，還可以通過遠程去操控各個部位。對視頻監控界面進行了測試，監控畫面為廚房，在手機中看到視頻信息流暢，沒有網絡延遲，因此，該嵌入式智能家居控制系統的檢測效果較為理想。

5 結語

文章介紹了嵌入式智能家居控制系統的整個框架結構和操作過程。主要分為硬件設計和軟件設計兩大部分，系統中涵蓋了多個模塊，可以實時監測居家環境中各個環節。而且該控制系統成本不高，操作簡單，基本達到了用戶的基本需求，應用價值很高。