嵌入式家居智能控制系统的综合设计
2014-09-26张郑亮
张郑亮
摘 要：本文针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制系统的控制核心，按照总体设计方案的要求，完成了整个系统硬件平台的设计，并针对相关模块给出了各自的硬件设计方案。
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
（作者单位：郑州煤矿机械制造技工学校）endprint
摘 要：本文针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制系统的控制核心，按照总体设计方案的要求，完成了整个系统硬件平台的设计，并针对相关模块给出了各自的硬件设计方案。
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
（作者单位：郑州煤矿机械制造技工学校）endprint
摘 要：本文针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制系统的控制核心，按照总体设计方案的要求，完成了整个系统硬件平台的设计，并针对相关模块给出了各自的硬件设计方案。
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
（作者单位：郑州煤矿机械制造技工学校）endprint
