基于ARM的智能家居控制系统开发及实现

李宏煜

（江苏无线电厂有限公司，江苏 南京 210012）

基于ARM的智能家居控制系统开发及实现

李宏煜

（江苏无线电厂有限公司，江苏 南京 210012）

文章首先对基于ARM的智能家居控制系统的总体开发方案进行了介绍，随后分析了ARM控制器平台的搭建，在此基础上论述了系统应用层的设计与实现。期望通过该研究能对智能家居控制水平的提升有所帮助。

智能家居；ARM；控制系统

1 基于ARM的智能家居控制系统的总体开发方案

现如今，智能家居已经成为一种流行趋势，它的出现为人们的日常生活提供了极大的便利。为进一步提升智能家居的控制水平，本文基于ARM控制器，开发一套智能家居控制系统。该系统由ARM，ZigBee无线组网及末端控制设备组成，基本框架结构如图1所示。

图1 智能家居系统框架结构示意

由图1可以清楚地看出，系统采用了嵌入式Web服务器，将家居的节点网络与外部的互联网进行连接，同时，为了使相关的数据信息能够得到永久性的保存，Web服务器可以通过互联网与云服务器之间进行信息交互。家居的所有信息科节点网络上传给云服务器，远程控制设备能够通过网络对云服务器进行访问，由此可实现用户与家居信息的传递与共享。

本系统在开发的过程中，应用了无线感知节点网络，它的实质是一个传感器网络，运用该节点网络的主要目的是通过它来实现信息采集、安防报警、设备控制等功能，其中信息采集是对家居环境的相关信息进行收集，据此对该环境内的温湿度等参数进行监控；安防报警能够在有陌生人进入室内或是发生火灾等情况时，门禁与烟雾传感器会将报警信息经由嵌入式网关传给云服务器；设备控制是借助家用电器上的控制模块，利用节点网络传递的相关控制指令对室内的家用电器进行远程控制[1]。该系统中的控制设备包括智能水机、平板电脑以及台式机等，其能够为用户与家居环境之间的信息交互提供一个良好的平台，借助控制设备用户可以利用无线网络获取家居环境的有关信息，并对家电等设备进行实时监视和控制。

鉴于当前B/S架构和安卓操作系统已经逐步成为主流趋势，故此，在对系统进行设计开发的过程中，移植了嵌入式Web服务器，并开发以安卓为操作系统的客户端软件。

2 ARM控制器平台的搭建

在本次开发的系统当中，嵌入式Web服务器是一个WebServer系统，通过Web浏览器，任意的计算机或是智能手机均可以登录嵌入式Web服务器，再利用相关的指令，便可实现对室内家居设备的有效控制[2]。传感器会将采集到的数据按照预先设定好的时间进行上报，从而实现了对家居设备关键运行参数的监测。由于本系统是基于ARM控制器进行设计开发的，故此，需要搭建起一个相对完善的ARM控制器平台，对该平台的搭建可以分为两个部分进行，一部分是硬件，另一部分软件[3]。

2.1 ARM硬件的开发

通过市场调查，并从经济性和技术性两方面进行综合考虑，最终决定选用韩国三星电子公司的S5PV210开发板作为核心平台。由于本次设计开发只对板上的部分接口进行了使用，为对系统进行精简，将其余没有使用的接口全部剪裁掉。由此可以为批量制作节省成本，并且开发板的体积也随之缩小，这样的设计使整个系统更加精简便捷，与节能降耗的要求相符。图2是经过剪裁之后的开发板电路结构框架示意图。

图2 开发板剪裁后的电路结构示意

2.2 构建Linux开发环境

如果整个系统的开发过程全部在嵌入式硬件平台上进行，则会导致系统变得过于庞大，为避免这一情况的发生，可在PC机上进行开发编译，然后将编译好的文件直接移植到开发板嵌入式系统当中运行即可，这种开发方式被业界称之为交叉开发模式，是一种实用性较强的系统硬件开发方法。需要在计算机上建立起交叉编译所需的环境，即嵌入式Linux开发环境，为提高可操作性，选择在Windows7操作系统下安装虚拟机的方法，借助虚拟机，能够在一台x86架构的PC机上，运行多个不同版本的操作系统。

2.3 建立嵌入式Web服务器

嵌入式Web服务器是本系统的核心组成部分之一，它能够实现双向通信和远程控制，客户端与室内家居设备的连接也可由该服务器来完成，最为重要的是，其可以实现室内外网络的互联互通。本次设计中选用的嵌入式Web服务器主要是由以下3个部分构成：Boa，CGI和SQLite。在Unix系统当中，该服务器是以小型开源软件的形式运行的，CGI作为该服务器的主要应用程序之一，它提供了一个通信标准，利用网关程序中内嵌的SQL语句，可实现对数据库的访问与操作。图3为嵌入式Web的开发流程。

图3 嵌入式Web的开发流程示意

2.4 ZigBee无线网络的组建

国际ZigBee联盟协会针对ZigBee无线网络通信发布了一个免费的协议栈，即Z-Stack2007，该协议支持多个硬件平台，与ZigBee2007协议标准相符，TI公司的CC2530和MP430均支持该标准，其在ZigBee无线网络中的作用是其他协议无法替代的，在该协议中涵盖了绝大部分的网络拓扑结构。

3 系统应用层的设计与实现

本文所提出的系统主要是对智能家居进行有效的控制，因此系统应用层的设计与实现，是整个系统开发的重点环节。在系统设计过程中，可以利用PC机或是安卓系统的智能手机作为控制设备，借助Web浏览器及安卓客户端，对系统进行控制。

3.1 Web远控的设计与实现

在完成Cgic库的移植后，便可开始着手对CGI程序进行设计，整个设计过程分为以下3个部分：

（1）登录与授权。用户的登录账号与密码可以全部存储到日志当中，用户在登录系统时，通过对一个CGI程序的调用，系统会对用户输入的信息与日志中存储的信息进行对比，确认相同后，用户便可成功登录，并进入操作主界面。

（2）控制部分。该部分的主要功能使对室内家居设备进行开关控制，以室内的智能灯具为例，在安装驱动的前提下，可通过相关函数获取灯的实际状态，点击状态按钮，可以改变灯的状态，即开启或是关闭。

（3）显示部分。该部分主要负责对各类传感器进行读值，驱动安装完毕后，通过相关函数可以获取室内的实时温湿度，当温湿度超过报警限值后，蜂鸣器会自动响应。

3.2 安卓客户端的设计与实现

安卓客户端界面的实现方法有以下3种：第一种方法是借助用户代码形成，第二种方法是通过用过户接口实现，第三种方法是利用XML配置来构成。本次系统开发在安卓客户端界面的实现上采用的是第一种方法，即以用户代码来实现。

4 结语

综上所述，本文开发的这套系统设计完成后进行了试应用，结果显示，通过该系统能够对智能家居进行有效的控制。在未来一段时期，应当将工作的重点放在系统功能的完善上，从而使系统的运行更加稳定，这对于该系统的推广应用具有重要意义。

[1]熊琼.基于ARM Cortex-A8与Android平台的智能家居系统设计[D].太原：太原理工大学，2014.

[2]罗浩.基于ARM和无线射频技术的智能家居控制系统设计[D].南昌：南昌大学，2015.

[3]冯剑锋.基于ARM与ZigBee技术的智能家居系统设计[D].吉林：吉林大学，2014.

Development and implementation of intelligent home control system based on ARM

Li Hongyu
（Jiangsu Radio Power Plant Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

This paper first introduced overall development plan of intelligent home control system based on ARM, then analyzed the structures of the ARM controller platform, discussing the design and implementation of application layer system, aiming at improving the level of intelligent home control through this study.

intelligent home; ARM; control system

李宏煜（1988— ），男，江苏高邮，本科，助理工程师；研究方向：基于ARM的产品开发及应用。