面向智能家居的嵌入式传感网网关的研究与设计

面向智能家居的嵌入式传感网网关的研究与设计
面向智能家居的嵌入式传感网网关的研究与设计

万方数据

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第4期高静等:面向智能家居的嵌入式传感网网关的研究与设计21

对将在网关系统上运行的应用程序进行编译,从而生成可以在网关系统上运行的可执行代码。最后下到网关系统上。这也就是目前嵌入式程序开发的宿主机/目标机(HOST/TARGET)模式。

Linux交叉编译环境的内容,主要分为4个部分:GCC编译器(C语言编译器),二进制工具包(Binutils),标准C库(Glibe)和Linux内核头文件。Glibc和GCC都有很多版本,需要根据实际需要选择合适的版本。4.3网关应用程序设计

本次网关系统的应用软件架构图4所示。其主要功能是依据传感器配置文件,分类解析WSN中的数据,为用户提供Socket数据服务和XML-RPC远程调用服务。其工作流程是:网关程序启动以后,从XML文件夹中解析所有的传感器配置文件;监听串口数据,利用传感器配置文件解析数据生成XML数据流;创建Socket服务器,等待客户端数据请求,提供XML格式的Socket服务;创建XML-Socket远程调用服务器,完成用户的XML请求。

J.行通路F行通路

图4网关系统的软件架构

程序设计思路如图5所示:网关程序启动,完成参数初始化,解析XML文件夹下的所有传感器配置文件,创建3个类的实例。4个任务队列。Serialcomm类创建两条线程用读串口和写串口,这样可以保证数据的实时性。基于同样的道理,XMLParser类和XMI。一Comm类也是双线程并行工作。这样就组成了从WSN和Internet的上行通道(图5中的虚线表示)。以及In-ternet到WSN的下行通道(图5中的粗线表示)。4.4人机接口模块的设计

人机接口使用的是项目中使用的触摸屏是240×320TFT彩屏LCD。该模块主要设计以下4个菜单供用户操作:文件菜单,查询菜单,报警菜单和管理菜单。这部分的设计使用Qt设计。Qt是一个跨平台的C¨图形用户界面库,由挪威TrollTech公司开发,目前包括Qt/X11、基于Framebuffer的Qt/Embedded、快速开发工具QtDesigner以及国际化工具QtLinguist等。Qt的良好封装机制使其模块化程度非常高,可重用性较好,对于用户来说非常的方便。QtAPI和开发工具对所有支持平台都是一致的,从而可以进行独立于平台的程序开发和配置。它使得跨平台软件编程直观、简易和方便。

图5网关应用设计思路图

本文所有的可视化界面都是通过Qt自带的工具Qtdesigner设计。它是一个可视化的界面设计工具,对于其每个组件内部的关系通过编写代码来实现。

网关登陆界面主要用于用户登陆信息的输入,包括用户名和密码。用户正确输入用户名和密码之后,就可以进入网关的主界面,如图6所示,可以看到,这里有4个菜单,当点击每一个菜单分别进入相应的功能界面,例如点击文件菜单,可进入配置文件的编辑界面。在此界面上可以修改网关系统的配置文件。这个界面具有一般文件界面的所有功能。这几个界面都比较简单,比较容易实现。在此重点介绍监控界面的设计。

图6网美主界面

监控界面是该系统用户界面的主要部分。它主要是查看目前家里的环境信息。和这相关的文件有que—ry.ui,ui—query.h,query.h,query.cpp等,其中query.ui是QtDesigner设计的主界面函数,如图7所示。Ui—query.h是moc编译器产生的函数。本文中需要的函数一般都在query.h,query.cpp中得到体现和实现.主要包括信息的查询,这里既可以查看一段时间内家庭

内的环境信息,也可以输入查询日期。查询某天的数据

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22现代电子技术2011年第34卷

信息。根据需求,设计的主要实现函数为:

privateslots:

voidon_pushButton—clicked()I

voidon_smallBtn—clicked();

voidon_bigBtn_clicked();

voidon—allBm—clicked();

voidon_seeBtn_clicked();

voidon—backBtnclicked();

voidon_changeBm—clicked();

这些槽函数是根据按钮要实现的具体功能而设计的。具体实现在query.cpp中。

通过这部分的设计,实现了网关的人机界面部分。可以对通过此网关系统对家庭信息进行查询。

图7网关的查询界面

4.5报警功能

该网关的报警功能主要是网关主控制器通过操作串口来操作GSM模块,使用AT指令来完成。在该网关中,报警功能实现当家庭网络中的信息超过某一阈值时,发送报警信息。

5结语

本文立足于WSN和Internet,GSM异构互联研究,针对WSN与Internet,GSM互联的网络接入要求,完成了基于ARM9的家庭网关系统的研究与设计。从硬件平台上来说,提供了丰富的接口以便不同网络的接入,从软件平台来说,实现了用户对家庭网关的访问,通过用户可操作的人机界面来对家庭内的环境信息进行查询。当家庭内某一项环境信息超标时,通过使用AT指令控制GSM模块来向用户发送报警短信。

参考文献

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[6]李红刚.张素萍,方佳娇.等.基于ARM的智能家居远程监控系统设计[J].现代电子技术.2009.32(5);134-138.

作者简介:高静女.1985年出生.陕西宝鸡人.硕士研究生。主要研究方向为无线传感器网络。

王福豹男。1963年出生,山西运城人,教授。博士生导师。主要研究方向为计算机网络、流媒体、传感嚣网络。

段渭军男。1964年出生.陕西渭南人,高级工程师,硕士生导师。主要研究方向为计算机网络、流媒体、传感器网络。<上接第18页)

和数据采集系统的功能及具体实现。该光功率计已经用于本专业的光电实验教学,作为辅助测量仪器,效果良好。

参考文献

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[103耿涛.张超凡.基于AD7715的可扩展型高精度致字光功率计[J].电子技术.2009.46(3):6-8.

作者简介:摹芳芳女.1983年出生.助教。主要研究方向为嵌入式系统设计、光电仪器。万方数据

家庭网关和智能家居

虽然家庭网关与家庭智能网关现在还没有特别明显的界定。从功能以及服务范围上,可以将它们区别开来。家庭网关,是作为所有外部接入网连接到家庭内部,同时将家庭内部网络连接到外部的一种物理接口。并且使住宅用户可以获得各种家庭服务的平台。 而家庭智能网关,具备智能家居控制枢纽及无线路由两大功能,负责具体的安防报警,家电控制,用电信息采集。通过无线方式与智能交互终端等产品进行数据交互。它还具备有无线路由功能,优良的无线性能,网络安全和覆盖面积。因此,从上述两者的功能来看,家庭智能网关则更具针对性,它更加的针对“智能化”的家居。将家庭网关更加深入和细化。因此家庭智能网关是包含在家庭网关之中的。 家庭网络系统采用分层次的网络拓扑结构,分为家庭主网和家庭控制子网两个网段。网关系统有https://www.360docs.net/doc/823372001.html,服务器组件、网络连接控件、家庭弯管以及设备组成。家庭主网主要负责与外网进行通信,而家庭控制子网中的设备通过是通过子网关、主网关与外部通信。如果将一个家庭网关看成一个信息处理系统,组成系统的各个单元就是连接在网络各个节点的设备。网关系统由https://www.360docs.net/doc/823372001.html,服务器组件、网络连接控件、坚挺网关以及设备组成。反映到具体对智能家居的控制上,如:空调,可以在https://www.360docs.net/doc/823372001.html,服务器组件使用过的WEB界面进行对空调温度、风向以及模式的调节控制。 如上述所说,家庭网关还可实现对家庭网络中各种智能设备的远程管理和监控,从而对“智能家居”产品进行简单的维护和控制。此范围不限制用户、地点、甚至网络接入方式,只要接入网络访问,便可操作共同的数据。但也由此引发了用户私密泄露的问题。而就此,市场也有生产商顺应市场需求,研发私密性好的解决方案。如设计网络连接的控件技术等,同时可支持家庭网络标准协议的家庭网关体系构架,实现多协议融合。 随着家庭网络技术的快速发展,家庭网络的标准之间的竞争导致了家庭网关和家电厂商难以选择一种协议作为自己产品的标准。而市场上又缺乏这种统一的协议标准,导致下游各个设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备。使不同设备之间的互连、互通变得非常困难。反过来作为厂商,由于设备不配套导致的具体安装问题也让生产商们头痛不已。因此,网关、网络协议与设备的标准迫切需要统一。 国内家庭网关还处于起步阶段,除了价格之外,技术上更是缺乏多样性,兼容性较弱。再加上带宽传速也会影响系统传输。据工信部部长苗圩介绍,目前我国平均宽带连接速度约为每秒钟100Kb,远低于发达国家每秒钟约230Kb的平均速度,宽带不“宽”情况明显。带宽的问题也直接影响了智能家居系统在进行操作指令时出现滞后延迟的现象,家庭网关对于带宽传输也有很大的需求,智能家居控制器,承担整个系统的数据采集、协议转换、通讯转发、控制下达、存储配置功能。如果带宽不能满足需求,就会局限网关以及配套智能家居设施的功能,提供不了很好的用户体验,极大的不利于智能化家居控制以及设备的普及。

浅析:智能家居无线家庭网关的作用及其安装方法

浅析:智能家居无线家庭网关的作用及其安装方法 对于初次听闻“智能家庭网关”这一词的朋友来说,小编想先给大家百科普及一下,什么是智能家庭网关。 一、智能家庭网关的名词解释 网关是家居智能化的心脏,通过它实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。现在路由器和电视盒子集成的技术已经实现。最近就曝光了一款跨界融合的智能无线产品骇客H3,它是集高清IPTV、私有云、智能家居、智能无线路由、多屏游戏等功能于一身,JCG将其定位为"智能家庭网关"。 简而言之,智能家居中的智能安防、智能照明、智能家电、智能影音等等,都需要一个网关来实现产品最终的高效实用。 二、智能家庭网关有哪些功能 1.超强性价比 目前市场上ZigBee芯片的成本约为两美金左右,加之其大幅简化协议,降低了对通信控制器的要求而且协议专利免费,以较为低的成本用于ZigBee智能网关的生产制造,智能家居企业同时其对技术的研发与革新之后,有效的节省了原料的消耗,更好地实现了网关的功能。而消费者也从中获得了切实利益,以较低的价格享受了更好的无线通讯。 热爱生活的人们将其应用于家庭空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等各个方面,在生活品质突飞猛进的同时无需担心网关的价格过高,从而影响使用意愿。 2.技术稳定性 智能家居产品很多价格不菲,消费者在使用过程中尽管小心翼翼,但是购买质量不过关的产品,还是容易出现频繁短路等问题,糟心更遭罪,质量稳定可靠的智能网关的价值也因此彰显。 智能网关需从技术方面实现产品的可靠性和稳定性。例如,物理层采用了扩频技术,能够在一定程度上抵抗外界干扰,MAC应用层(APS部分)有应答重传功能。MAC层的CSMA机制使节点发送前先监听信道,可以起到避开干扰的作用。 可以有效摒弃网络外界传递来的干扰,如果因为外界干扰而无法正常工作时,整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上,最终确保家庭中所有智能家居产品的稳定使用。 另外,ZigBee技术响应速度快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,而在过去,蓝牙需要3~10s,即使是Wi-Fi也需要3s,响应速度发生了数千倍的变化。

基于嵌入式的智能家居

基于嵌入式的智能家居 摘要 21世纪是智能的时代,是互联网的时代,随着Internet后PC 时代的到来,这个时代的主要特征是以计算机作为作为组成成分融入消费品之中。依赖于嵌入式技术的后PC时代使得传统IT设备逐渐过渡到嵌入式设备并融入到生活的各个方面。本系统采用嵌入式技术,将在系统内移植嵌入式web服务器,用户可以通过互联网对家居进行操作与监控。 关键词嵌入式智能家居Linux 远程监测 Abstract In the 21st century is the era of intelligence, is the age of the Internet, with the advent of Internet post-pc era, the era as computers as the main characteristics of the components into consumer goods. Rely on the embedded technology after traditional PC era makes IT equipment gradually transition to the embedded devices and integrated into all aspects of life. This system adopts the embedded technology, transplanted in the system of embedded web server, the user can through the Internet for household operation and monitoring. Keyword: ARM smart home Linux Remote monitoring 1 绪论 随着生活水平与生活质量的提高,人们对于生活水平要求日益提高,对于生活的便捷性与对信息需求的及时性也越发看重,以嵌入式为核心的智能家居以其便捷性与实时性逐渐走入了我们的视野。目前随着

嵌入式智能家居控制系统软件设计

本科生毕业设计(论文)开题报告 论文题目:嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院:电气工程学院 专业班级:自动化1204 学生姓名:刘芳春 学号: 120302433 导师姓名:王通 开题时间:2016年 3 月 18 日

1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前,几乎所有家庭都有使用各种电器设备,电视、电灯、空调、冰箱等。然而,就当前情况来说,这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用,而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力,而且容易造成设备使用效率不高,浪费宝贵的能源,这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实,智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1],在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位,以控制技术、通信技术计算机技术为基础,以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业,当前有许多地方并未得到充分的研究,也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一,大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的,而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此,其市场本身就不会太大。其二,许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数,或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状,软件部分设计就成了必不可少的工作,软件部分以软件开发平台为核心,向上提供应用编程接口,向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中,软件和硬件紧密配合,协调工作,共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言,系统软件和应用软件的界限并不明显,原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大,所需操作系统裁剪配置不同,I/O 操作没有标准化,驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛,尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用,由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的,可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可,符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS,该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。

嵌入式智能家居控制系统设计发展策略

嵌入式智能家居控制系统设计发展策略 伴随着人们工作节奏的加快和工作环境的不确定性,人们越来越注重居住环境的安全,希望能在第一时间知道家中的安全情况,因此,设计一种智能家居远程控制系统具有良好的实际意义[1]。目前,大多数嵌入式系统都以处理器为核心,与一些检测、监控设备配合实现一定的功能,但是由于视频图像传输的影响以及监控界面的问题,客户端的远程监控效果并不理想[2]。如果嵌入式智能家居系统能够连接到Internet和GPRS模块,则用户可以通过远程登录界面来了解家居环境信息[3]。因此,本文提出了一款具有网络功能的智能家居控制系统的实现方案,使用火狐浏览器作为上位机,采用JPEG高效压缩算法对视频图像进行压缩[2],用户不仅可以通过浏览器监测家居环境信息,还可以访问Web服务器中的视频,同时,GPRS通信模块还能将异常信息以短信方式通知用户,提高了智能家居控制的灵活性[4]。 1 系统架构 系统采用S3C2440处理器作为主控芯片,该芯片是基于ARM920T 内核的RISC微处理,S3C2440处理器内部集成了很多控制器接口,便于与外部器件连接。整个系统通过传感器检测家居环境,USB摄像头采集视频数据。当系统接入Internet,用户就可以登陆家居管理主页,查看各种传感器的数据信息,操作室内照明灯,还可以浏览家居画面。当室内有危险时还能触发本地蜂鸣器报警,并能通过GPRS通信系统向用户发送紧急短信。整个系统的结构如图1所示。 图1 系统结构框图

1.1 硬件设计 (1)嵌入式微处理器 本设计使用TX2440A开发板进行设计。采用S3C2440处理器作为主控芯片,主频可以达到400 MHz,具有MMU管理单元、控制器、支持外部存储器,板载64 MB SDRAM,256 MB NAND Flash,LCD显示部分为3.5英寸TFT真彩色液晶屏,网络芯片为DM9000,1个10M 以太网RJ-45接口,4个USB Host,1个USB Slave B型接口。TX2440A 开发板上还扩展了丰富的接口,如蓝牙接口、CAN接口、ZigBee接口等,方便进行软件调试以及系统测试。 (2)视频采集模块 采用了ZC301摄像头,利用Linux提供的Video4 Linux API函数对USB摄像头采集视频数据[4],然后将视频数据通过内部总线发送到视频流服务器MJPG-streamer上[2],视频流服务器将视频图像数据进行压缩后,采用TCP/IP协议进行远程传输,再通过CGI函数集实现客户端与服务器的之间的交互,远端客户机通过浏览器就可以查看现场监控画面[1]。 (3)传感器模块 本系统采用DS18B20温度传感器采集室内温度;采用HIH-4000湿度传感器采集室内的湿度;采用DSM501A粉尘传感器来检测室内粉尘浓度;采用PIP探头LH1778为核心的检测电路来检测是否有人员入侵,并利用蜂鸣器进行本地报警和GSM短信报警。这些传感器模块通过S3C2440 的I/O口接到控制中心,并把采集到的信息发送到

嵌入式在智能家居中的应用

随着2010年“智慧城市”概念的提出,科学技术迅速发展,人民生活水平的不断提高,人们对居住环境的要求正在向着安全、舒适、便捷和智能的方向发展。与此同时,人们的生活变得愈发忙碌,很大一部分的年轻一代过着早出晚归的上班族生活,这就对现有的生活居住环境提出了要求,因此,人们对家庭住宅的观念也开始有所改变,智能家居一词开始出现在人们的生活中。智能家居系统结构中的基础设施都离不开嵌入式技术,它能够实现电器设备的集中控制,编程控制,远程控制,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效的安排时间,增强家居生活的安全性。 本文在嵌入式系统技术和智能家居思想的基础上,结合国内外发展现状,就嵌入式系统在智能家居中的应用进行分析,最后对嵌入式系统在智能家居系统中的发展前景进行了总结和展望。 关键字嵌入式系统智能家居

1 研究背景和意义 (1) 2 国内外研究现状 (3) 2.1 国外研究现状 (3) 2.2 国内研究现状 (4) 2.3 总结 (4) 3 嵌入式系统在智能家居中的应用 (5) 3.1 嵌入式系统概述 (5) 3.2 智能家居概述 (6) 3.3 嵌入式系统的应用 (7) 3.3.1 智能IO控制 (7) 3.3.2 红外学习型控制器 (7) 3.3.3 电话网关 (8) 3.3.4 内部通信网络 (8) 3.3.5 家庭安全防范 (9) 3.3.6 家居设备自动控制 (9) 3.4 总结 (10) 4 总结和展望 (10) 参考文献 (11)

1研究背景和意义 嵌入式系统诞生于微型机时代,嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去,这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中,实现的是对象的智能化控制,因此,它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。嵌入式计算机系统因此走上了一条完全不同的道路:单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士,接过起源于计算机领域的嵌入式系统,承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务,迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。 当网络席卷整个社会,带来经济飞速发展的同时,也给人们的生活带来无限惊奇。不断更新的生活方式,使得越来越多的人追求对生活的舒适度和享受度。智能家居作为新生力量呼之欲出,自然的走进了我们的生活,随之引领新一代的数字家庭生活。 随着家庭自动化技术的发展,很多以前出现在科幻小说中的场景已经变为现实:只要说“看电视”就可以把电视打开,拉开窗帘,房间的光线逐渐调整到最适宜的程度。或者,在回家的路上,打个电话,家庭自动化系统自动为你打开空调,调整室内温度到合适程度,接通通风装置,调节好室内的光线,把预先准备好的事物用微波炉加热,这样,一回到家就可以享受到清新的空气、舒适的环境和刚刚热好的事物。随着IT产业的发展和人们生活水平的提高,“家庭自动化”、“智

智能家居系统中的家庭网关分析与设计

https://www.360docs.net/doc/823372001.html,/

1922科学技术与工程9卷 图2家庭网关的硬件原理框图 3软件设计与实现 软件部分主要包括以太网控制器接口软件的设计和嵌入式TCP/IP协议栈的开发。 3.1以太网控制器软件设计Ⅱ1 以太网控制器RTLS019AS接口软件的设计部分是主要用来实现以太网控制器的数据发送和数据接收。程序主要分三大部分: 3.1.1初始化过程 网络接口控制芯片RTLS019AS有两种复位方法,一是可以通过把其复位引脚RSTDRV置高为电平进行冷复位;--是可以通过读写其复位端口RSTPORI进行热复位。复位后,中断状态寄存器的RST标志位为l,此时为离线工作状态,即不能发送或接收数据帧。为了使接口控制芯片启动并处于准备接收或发送数据的状态,需要进行一系列初始化工作。3.1.2接收过程 将RTL8019AS内置存储空间的一部分指定为缓冲环的地址空间。页起始地址由PSTART寄存器指定,页终止地址由PSTOP寄存器来指定,页起始地址与页终止地址相邻,构成循环队列式的缓冲环结构。CURB寄存器指向新接收到的帧存放的起始页,作为本地DMA的写指针;BNRY寄存器指向未读的帧的起始页,作为远程DMA的读指针。当CURB寄存器追上BNRY寄存器,表示接收缓冲环已满,后续接收到的帧会被丢弃;当BNRY寄存器追上CURB寄存器,表示接收缓冲环已空。 接收帧时。首先RTLS019AS接收网络上的数据帧,然后通过本地DMA通道将接收到的数据帧放在接收缓冲环中。当无错误的接收到一帧数据后,中断状态寄存ISR中的PRX标志位置为0。再通过远程DMA通道由嵌入式微处理器将接收缓冲环的数据帧由数据总线读入存储单元。当远程DMA读操作完成后,RTLS019AS将中断状态寄存器ISR中的RDC位置为0,通过此标志位的状态可判断远程DMA读操作是否结束。 数据帧的接收可采用中断或查询方式进行,采用查询式接收帧的程序流程如图3所示。CR寄存器中的RD2,RDI,RDO这3个位组合起来设定DMA的有关操作。001则启动远程读操作;010则启动远程写操作:011则发送网卡数据包;1奉宰则终止或结束DMA的读写操作。 设置CIL扁动在线工作状态 是 否 否进入其他处理设置RSAR0,I,RBCRO,1寄存器 设置CR启动,DMA读 循环四次读RDMAPORT得帧长度 设置RSAR0,l,RBCR0,I寄存器 设置CR启动,DMA读 根据帧长读RDMAPORT,读出该帧 读出CURR和BNRY的寄存器值 图3接收帧的程序流程图 3.1.3发送过程 发送帧时,发送方将待发送的数据按帧格式要求 封装成帧,再通过处理器的I/O通道和网络接口控制

嵌入式智能家居系统总体设计

系统总体设计 §1.1系统结构框架 智能家居图形用户界面(GUI)呈现给用户的应当是高度的可靠性和美观,易操作的界面。这就要求一种占用资源少并能支持多种字符集的机制。系统内部通常包含网络通信,图形显示等等模块,几个程序之间并发执行,这就涉及到进程间的通讯。本文提出了一种基于Vxworks应用程序开发框架的智能家居管理系统,不仅提供了操作简单,多种语言支持的前台图形操作窗口,还利用LCD 触摸屏技术对信号进行输入,达到方便快捷易操作的目的。系统本身是面向接口的,易于扩展和维护,符合软件工程化的要求。 图1 智能家居终端系统结构 根据家居的设备管理控制的分类,在界面管理上实现如下功能:家居安防,家电控制,照明控制,温度控制,气体检测,及系统设置等模块。本系统的结构图如图1所示。 终端系统工作时,后台进程会循环监听服务器,检查服务器端有没有新的消息发送,如有新的信息到来,则通知终端的GUI程序对界面做出响应,以提示用户处理,而服务器的连接通过TCP/UDP实现。同时终端的GUI响应用户的相关操作,通过后台程序实现对各种电器的管理和服务器的通讯,记录用户操作和各种传感器的反馈数据等。 §1.2系统模块设计 系统的模块设计主要有三部分组成:微处理器模块、CAN总线模块和人机接口模块组成。 §1.2.1微处理器模块 这里用的嵌入式微处理器是32位的RISC微处理器S3C2410A。

S3C2410A是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器,只要面向高性价比、低功耗的手持设备应用。S3C2410A在片上集成了单独的16KB指令cache 和16KB数据cache,并且提供了一组完整的系统外围设备接口,从而大大减少了整个系统的成本,缩减了系统配置额外器件的开销。S3C2410A芯片集成了大量的功能单元: (1)内部1.8V,存储器3.3V,外部I/O3.3V,16KB数据Cache,16KB指令Cache,MMU。 (2)内置外部存储器控制器(SDRAM控制和芯片选择逻辑)。 (3)LCD控制器,一个LCD专业DMA。 (4)4个带外部请求线的DMA。 (5)3个通用异步串行端口(IrDA1.0,16-Byte Tx FIFO and 16-Byte Rx FIFO),2通道SPI (6)一个多主I2C总线,一个I2S总线控制器。 (7)SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容。 (8)4个PWM定时器和一个内部定时器。 (9)看门狗定时器。 (10)117个通用I/O。 (11)56个中断源。 (12)24个外部中断。 (13)8通道10位ADC和触摸屏接口。 (14)16/32位RISC体系结构,使用ARM920T CPU核的强大指令集。 (15)指令缓存(Cache)、数据缓存、写缓存和物理地址TAG RAM,减小了对主存储器带宽和性能的影响。 §1.2.2CAN总线模块 由于S3C2410A不带CAN总线控制器,因而采用串行外设接口SPI进行扩展,其接口原理图如下所示。CAN总线控制器选用Microchip公司的MCP2510,MCP2510是一种带有SPI接口的CAN控制器,它支持CAN技术规范V2.0A/B;并能够发送和接收标准的和扩展的信息帧,同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SI接口与MCU进行数据传输,最高数据传输速率可达5Mb/s,MCU可通过MCP2510与CAN总线上的其他MCU单元通信。MCP2510内含三个发送缓冲器、两个接收缓冲器。同时还具有灵活的中断管理能力,这些特点使得MCU对CAN总线的操作变得非常简便。其结构图如图2所示,MCP2510的主要特点如下: (1)支持标准格式和扩展格式的CAN数据帧结构; (2)0~8字节的有效数据长度,支持远程帧; (3)最大1Mb/s的可编程波特率; (4)2个接收缓冲区,三个发送缓冲区; (5)SPI告诉串行总线,最大5MHz; (6)3~5.5V宽电压范围供电;

嵌入式技术在智能家居中的运用

学号 : 20132581 姓名 : 向鹏 班级名称 : 电1304-1 院系名称 : 电气与电子工程学院 任课教师 : 刘展威 《嵌入式系统》技术报告 嵌入式技术在智能家居中的运用

摘要 随着嵌入式技术、网络及信息技术的发展,智能家居的理念渐渐深入人心,与此同时,无线技术也在逐步发展,目前已比较成熟的无线连接方式包含了蓝牙连接、红外连接(IR)和无线(RF)连接三种方式,近几年Wi-Fi的发展迅猛,但实践基础还不够完善。智能家居这一概念提出已久,大部分的智能家居是基于嵌入式系统并且在有线技术的辅助下完成,但由于有线技术布线困难、投资大等缺点,基于嵌入式无线技术的智能家居便应运而生。对于大部分稳定性要求不是很高的家电而言,无线技术完全可以保证系统的顺利安全进行,这样无论是利用PC还是手机均用户均可以在不同地点不同时刻甚至是远程控制家中的智能电器。本文将从几种不同的无线技术着手,分别介绍嵌入式技术在这几种无线接入技术下实现的智能家电控制系统,进一步阐述嵌入式无线技术的重要性。 关键词:嵌入式技术;无线技术;智能家居;视频采集;视频编码 。

引言 智能家居(Smart Home)是利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术和传感技术等,依照人体工程学原理,将家居生活中的各类电子设备有机的结合在一起,通过网络化综合智能控制和管理的一种嵌入式系统。 电子、通信、传感和网络技术的不断发展和人们生活质量的提高,家居生活中的电子产品不但种类越来越多,功能更加完善,应用更加普遍,而且越来越智能化,最普遍的家居生活电子产品种类达数百种,实现对如此之多的家居电子产品的综合控制是智能家居发展的必然趋势。文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统,以ARM9 微处理器为核心,结合ZigBee和GPRS 通信技术,根据实际需要实现对家居电子设备进行本地和远程两种方式的无线控制,本地控制是指在本地通过互联网将控制指令传输给控制系统来实现各种家居电器的监控,远程控制是指用计算机网络或手机短信将控制指令传输给控制系统实现对各种家居电器的远距离监控,这两种控制方式的结合将给我们的工作和生活带来极大的便捷,是未来智能化家居生活发展的必然趋势。 1.嵌入式系统概述 目前,在嵌入式系统应用领域中,不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用,不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统;也有些人在解释什么是嵌入式系统时,不是从定义出发,而是列举了嵌入式系统的一些特点,往往不知所云。因此,有必要从现代计算的发展历史,了解嵌入式系统的由来,从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。 嵌入式系统诞生于微型机时代,嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去,这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中,实现的是对象的智能化控制,因此,它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算;技术发展方向是总线速度的无限提升,存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力;技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。 嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路,这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士,接过起源于计算机领域的嵌入式系统,承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务,迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。 在中国嵌入式系统领域,比较认同的嵌入式系统概念是:嵌入式系统是以应用为中心,

实训报告-智能家居实训报告模板课件

实训报告 嵌入式智能家居实训报告 班级学号13391–24 姓名张德进 实训地点E501 指导教师庞春辉 完成日期2015 年12月20日

一、实训目的 (1)具有阅读程序能力,查阅相关资料能力,掌握程序修改能力 (2)具备编写代码能力,掌握程序分析,编写,调试能力。 二、实训环境 校内环境:E501 校外环境:工作单位 以校内实训为主,校外实训为辅。 (1)硬件设备 计算机。 (2)软件 Eclipse。 三、技术介绍 随着社会、经济水平的发展,人们对家居品质的要求也越来越高,要求居住环境舒适化、安全化,家居生活人性化、智能化。智能家居是3C技术(即)向传统家电产业渗透发展的必然结果。从社会背景的层面来看,近年来信息化的高度进展,通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高,造成家居智能化的需求大为增加;此外在科学技术方面,由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术的成长,促成了智能家居的诞生。现在的中国正迎来一个"数字城市"、"数字社区"建设与发展的热潮,3G技术和互联网应用对智能家居的发展也起到很重要的推动作用,智能家居的日渐兴起影响到人们生活的方方面面,改变了人们的生活习惯,提高了人们的生活质量,促使家庭实现了生活现代化,给人们的家居生活带来了全新的感受,它必将成为一种发展趋势。 目前市场上出现得智能家居控制系统主要有: (1)X-10系统(美国),该系统是利用电力线作为网络平台,采用集中控制方式实现。这套系统的功能较为强大,与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收,使用也相对简单。因为实现同样的功能,X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制,因此采用这套系统不需要额外的布线,这也是这套系统的最大的一个优势,因为其它系统基本上都需要布低压线,在墙上或地面开槽、钻孔,施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在国内市

基于Arm-Linux的嵌入式智能家居控制系统的设计.

基于Arm-Linux的嵌入式智能家居控制系统的设计 摘要:随着嵌入式技术、网络及信息技术的发展,针对人们对智能家居的追求,提出了一种基于ARM9的嵌入式智能家居控制系统的解决方案。介绍了嵌入式Linux系统的软硬件平台,结合实例阐述了嵌入式QT图形界面系统、嵌入式数据库SQLite等关键技术在嵌入式智能家居控制系统中的应用。该方案解决了控制系统的可视化操作问题,提高了系统数据管理效率,并具有通用性可移植到其他硬件或软件平台应用。 关键词:智能家居;ARM9;嵌入式Linux;Qtopia;SQLite 嵌入式系统以其占用资源少、专用性强、功耗低的特点使其广泛应用在移动通信、工业生产、安全监控等领域。针对人们对高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境的要求,提出了以Arm-Linux为平台的智能家居控制系统的设计。 1 智能家居控制器的总体设计 Arm-Linux嵌入式系统以其在性能、体积及功耗等方面的优势在智能家居领域得到越来越广泛的应用。系统采用基于ARM的嵌入式linux方案,系统分为五层分别为硬件层,系统引导层,系统层,应用支撑层及应用层。如图1所示应用层在Qtopia图形系统、SQLite数据库等的支撑下完成了电话报警、照明控制、安防控制、门禁控制以及网络浏览等应用。 2 系统硬件的设计 CPU处理器选用Samsung S3C2440A,其主频为400 MHz,资源丰富功能强大。内存为64M SDRAM,数据总线32bit,时钟频率高达100MHz。存储器为128 M掉电非易失NANDFLASH。LCD显示部分为具有4线电阻式触摸屏接口的35英寸真彩色液晶屏。网卡芯片为DM9000可自适应10/100 M网络,通过RJ45连接头可连接控制器至路由器或者交换机。智能家居控制模块通过RS485总线与主控制器进行通信。其硬件结构图如图2所示。

基于KNX总线的智能家居网关

Hans Journal of Wireless Communications 无线通信, 2015, 5(6), 105-110 Published Online December 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/823372001.html,/journal/hjwc https://www.360docs.net/doc/823372001.html,/10.12677/hjwc.2015.56015 The Design of Smart Home Gateway Based on KNX Bus Guangwei Wang1, Shengli Lu2, Dangfeng Pang2, Rongrong Wu1 1Department of Electronic Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 2Engineering Training Center, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin Received: Nov. 4th, 2015; accepted: Nov. 26th, 2015; published: Dec. 8th, 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/823372001.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Smart home gateway is the key equipment of the related function devices to access the smart home network. As the KNX bus has become the unique international standard in the field of Intel-ligent Building, integrating network communication technology and embedded technology, the design of smart home gateway based on KNX bus is presented and the design and implementation of the main controller, the KNX module, the Ethernet interface and wireless communication inter-face are elaborated. Keywords Smart Home, KNX Bus, The Embedded System, The Main Controller, The Gateway 基于KNX总线的智能家居网关 王光伟1,卢胜利2,庞党峰2,武荣荣1 1天津职业技术师范大学电子工程学院,天津 2天津职业技术师范大学工程实训中心,天津 收稿日期:2015年11月4日;录用日期:2015年11月26日;发布日期:2015年12月8日 摘要 智能家居网关是相关功能设备接入智能家居网络的关键设备。鉴于KNX已成为智能楼宇领域唯一的国际

智能家居论文:基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现

智能家居论文:基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现 【中文摘要】随着时代的进步、技术的发展、人民生活水平的提高,智能化也正逐步迈进现代家庭生活中,住宅信息化、数字化智能化及网络化也逐步成为现实。智能家居系统就是在这种情形下发展起来的。智能家居是利用综合布线技术、安全防范技术、网络通信技术、音视频技术和自动控制技术将家居生活中的各种设备(如灯光照明系统、安防报警系统、环境检测控制、网络家电)通过家庭网络连接在一起。智能家居在国外发展很快,在国内,智能家居发展还处于起步阶段,因此研究适合中国国情的智能家居系统有着重要意义。本文以某一嵌入式智能家居系统的设计为背景,研究的主要内容如下:1)分析国内外智能家居的发展情况,提出了一种适合中国国情的低成本、简单方便的智能家居解决方案,并给出了课题研究的意义;2)根据系统需求给出了智能家居系统的设计要求,将系统分为中央控制器和功能节点模块,分别选择了合适的嵌入式系统和采用ZigBee技术进行智 能家居内部组网;3)完成了以S3C2440为核心的中央控制器和以 CC2430为核心的功能节点模块的硬件设计;4)完成了中央控制器软件程序设计包括:Qt界面、Web Server构建、视屏监视程序设计;完成了以ZigBee为核心的软件模块设计;5)进行了系统主要功能和系统联调测试。 【英文摘要】With the development of technology and advancement of people’s living quality, people turn to pay more

attention on life’s security, comfort, convenience etc. Smart home system is to connect the facilities and devices (such as lighting system, safeguard system and electrical equipments etc) using computer, embedded system, network technology by home network, which provides people more comfortable and convenient life. The main work is as follows:1) By analyzing the domestic and foreign development situation of smart home, we present a smart home solution which is low-cost, simple and convenient.2) According to the system requirement, the system is divided into the central controller with embedded system and the function module with ZigBee technology.3) Completed the hardware system design of central controller based on S3C2440 and function module based on CC2430.4) Completed the software system design of function module and central controller which includes Qt interface, Web Server construction, video monitoring.5) Debugged and tested the main function of the system. 【关键词】智能家居嵌入式系统 ZigBee S3C2440 CC2430 【英文关键词】Smart Home Embedded System ZigBee S3C2440 CC2430 【目录】基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现摘要 5-6Abstract6第1章绪论10-17 1.1 课题背景

基于嵌入式的智能家居系统设计与实现

基于嵌入式的智能家居系统设计与实 现

基于嵌入式的智能家居系统设计与实现 摘要:伴随着人们工作节奏的加快和工作环境的不确定性,人们越来越注重居住环境的安全,希望能在第一时间知道家中的安全情况,因此,设计一种智能家居远程控制系统具有良好的实际意义。本文浅析基于嵌入式的智能家居系统设计与实现。 关键词:嵌入式;智能家居;远程控制] 引言 电子技术、智能控制技术以及物联网技术的融合,使得传统住宅家居体系已经无法满足居住要求,对于智能化以及安全性的要求逐渐提升。虽然当前视频监控已经逐渐被重视,但在具体操作中相对复杂。这种状况的产生,使得对嵌人式智能家居系统的研究热度逐渐上升,成为引领远程控制的重要方式。当前,大多数嵌入式系统都以处理器为核心,与一些检测、监控设备配合实现一定的功能,可是由于视频图像传输的影响以及监控界面的问题,客户端的远程监控效果并不理想。如果嵌入式智能家居系统能够连接到Internet和GPRS模块,则用户能够经过远程登录界面来了解家居环境信息。因此,本文提出了一款具有网络功能的智能家居控制系统的实现方案,使用火狐浏览器作为上位机,采用JPEG高效压缩算法对视频图像进行压缩,用户不但能够经过浏览器监测家居环境信息,还能够访问Web服务器中的视频,同时,

GPRS通信模块还能将异常信息以短信方式通知用户,提高了智能家居控制的灵活性。 1嵌入式智能家居系统总体设计 基于智能家居制品监控的角度分析,主要需要借助当前计算机技术,设计并构成智能家居子系统,将各个技术融合之后实现统一管理。站在智能家居系统的角度,主要包括视频服务、客户端、服务端等部分。硬件设计。此次设计采用TX2440A开发板进行设计,将S3C2440处理器作为主控制芯片,主频已经能够达到400MHz,具有单独的管理单元、控制器以及存储器等。LCD显示部分包括3.5英寸真彩色液晶屏,具备USB接口。在开发板方面具备多种结构,便于对系统的调试与测试需求;视频采集模块运用ZC301摄像头,可实现Linux提供摄像头视频数据的采集;包括DS18B20室内温度的传感器;GPRS通信模块。至此,用户端经过移动终端,向监控中心发送请求,监控中心在接受请求之后进行处理并进行解析,将现场监控终端发送操作指令,现场终端提交反馈,得出操作结果。 2系统架构 2.1硬件设计 2.1.1嵌入式微处理器 本设计使用TX2440A开发板进行设计。采用S3C2440处理器作为主控芯片,主频能够达到400MHz,具有MMU管理单元、控制器、支持外部存储器,板载64MBSDRAM,256MBNANDFlash,

家庭网关_调研报告

嵌入式系统设计 中国电信e8-B家庭网关调研报告 姓名: 专业: 学号: 日期:

目录 第一章家庭网关概述 (3) 1.1 家庭网关简介 (3) 1.2 家庭网关主要功能 (4) 1.3 家庭网关型号选择与功能分析 (5) 第二章家庭网关的接口方式 (6) 2.1 e8-B接口方式 (6) 第三章家庭网关的计算机系统的特点 (8) 3.1 e8-B家庭网关计算机系统概述 (8) 3.2 核心处理器 (9) 3.3 操作系统 (10) 3.4 主要芯片 (11) 3.5 内存 (12) 第四章家庭网关的性能要求及设计体现 (13) 4.1 家庭网关的管理需求与设计体现 (13) 4.2 家庭网关的内网需求与设计体现 (13) 4.3 家庭网关的无线需求与设计体现 (13)

第一章家庭网关概述 1.1 家庭网关简介 随着网络技术的发展与普及,人们的生活方式发生深刻的变化。数字家庭的概念和现实需求正变得越来越清晰和迫切,数字化、信息化、网络化的智能家用电器也越来越多地为人们所使用,改变着传统的家庭生活和娱乐方式。Internet 服务和丰富的数字媒体将更快更好的渗入到每个家庭,并通过家庭网络传播到每个房间、每个设备,从而改变人们的生活和娱乐方式。自2005年开始,数字家庭和物联网迅速成为广电、电信、家电等领域中最热门的话题、最受关注的增值业务之一。家庭网关作为数字家庭的核心,处于不可替代的重要位置,对于促进数字家庭等相关产业的发展起着不可或缺的作用。在电信运营商方面,网络融合、业务融合及终端融合成为大势所趋。 可以预见,未来几年将是宽带网络发展和家庭网络普及的上升期。在这种趋势下,各大运营商纷纷把目光从满足个人需求转变到满足个人所在家庭的整体需求,并开始设计相应的融合业务及产品。提供基于家庭网络的业务成为运营商面向家庭用户的主要方式,而家庭网关作为家庭网络的核心控件也就显得越来越重要。利用家庭网关方便快捷的提供各种家庭信息服务,不仅使运营商找到了新的业务增长点,而且有助于运营商从“管道”运营商向“综合信息服务提供商”转变,同时也带动了宽带及增值业务的发展。 在介绍家庭网关之前,需要首先提出家庭网络的概念。 由Home Automation Association(HAA)所定义的智能家庭网络是:一个使用不同方法或设备的过程(或系统),以它来提高人们生活的能力,使家庭能够变得更舒适、安全和有效。这样的家庭网络系统可以在没有或很少有人干预的情况下,对家内或家外可能发生的事情按预先设定的响应作出反应。从技术上讲,智能家庭网络是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置,通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐。 智能家庭网络通过有线或无线环境,连接各种信息终端(如PC、家电、电话、智能终端等),通常包括家庭资源网络(提供影片共享、音乐共享、个人影音Studio、文件和打印共享等)与家庭控制网络(比如VOD、V oIP、网络游戏、网络电视、远程办公/教育/医疗、安防、电器控制等)。 智能家庭网络从组成上可分为以下部分:

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