嵌入式智能家居控制系统的设计

王菲

摘要

从传统家电到智能家电的转化，已经给我们带来了很多翻天覆地的变化，从智能表电再到智能家居的转变，必将给人类以新的惊喜和赞叹。结合嵌入式控制系统和现代网络通信技术，本文以嵌入式微处理器S3C2410为硬件基础，选用Linux作为嵌入式操作系统，完成了家电控制驱动程序的设计，实现了智能家电的启停控制。这是顺应家居发展潮流的新变革，必将掀起智能产业的一场巨大风暴。

【关键词】嵌入式微处理器 智能家居 温度传感器

随着计算机技术、微处理技术、通信技术、电子技术、集成电路技术的发展，推动了嵌入式行业快速发展，其发展轨迹呈现出硬件和软件交替发展的双螺旋式。被控对象变的越来越复杂，嵌入式技术以其强大的交互功能和拓展能力得到了越来越多人们的青睐。传统的家居生活已经不能满足消费者的需求，可以预见，在未来20年嵌入式智能家居行业将经历一次革命。

1 功能需求分析

本文設计了一个嵌入式智能家居控制系统，其功能包括以下几个方面：

家电控制：家电控制是智能家居集成系统的重要组成部分，代表着家电智能化的发展方向。通过有线或无线的联网接口，将家电与家庭智能终端连接，组成网络家电系统，实现热水器、洗衣机、微波炉、空调等家电远程开闭功能。

2 硬件设计

如图1所示，系统的硬件部分主要由嵌入式微处理器、继电器输出驱动电路、显示器、触摸屏、存储器、设备控制模块、以太网和电源模块组成。本文选用的嵌入式处理器是三星公司设计生产的S3C2410处理器。其内核采用的是由ARM公司设计的16/32位的精简指令集ARM920T内核，0.18μm工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元，采用了高级微控制器总线的新型总线结构，提供了丰富的片上资源，特别适用于对成本和功耗敏感的应用。使用S3C2410微处理器自带的多功能可编程I/O接口GPIO实现对各个监控点的控制。本文以太网以RTL8019AS芯片通过总线和微处理器相连接，中断也通过S3C2410的外部中断接管。S3C2410微处理器具有内置的LCD控制器，它具有将显示缓存中的LCD图像数据传输到外部LCD驱动电路的逻辑功能。支持DSTN和TFT两种LCD屏，并支持黑白和彩色显示。触摸屏的控制采用专用芯片ADS7843，专门处理是否有你或者手指按下触摸屏，并在按下时分别给两组电极通电，然后将其对应位置的模拟电压信号经过A/D转换送回处理器。

家电控制包括热水器、空调、取暖阀的控制。当系统受到用户发出的家电启停指令后，确定系统的操作动作，输出信号经放大由继电器驱动执行机构动作，从而使主机的输出与现场实现电气隔离。

3 软件设计

Linux可应用于多种硬件平台。Linux已经被移植到多种硬件平台，这对受开销、时间限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标平台上开发然后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。Linux的源代码可以免费得到。Linux本身内置网络支持。Limxx的高度模块化使添加部件非常容易。

一个典型的桌面Linux系统包括三个主要的软件层：Linux内核、C库和应用程序代码。内核是唯一可以完全控制硬件的层，内核驱动程序代表应用程序与硬件之间进行会话。内核之上是C库，负责把POSIXAPI转换为内核可识别的形式，然后调用内核，从应用程序向内核传递参数。应用程序依靠驱动内核来完成特定的任务。

考虑到嵌入式系统软、硬件资源的有限以及基于特定应用的特点，嵌入式操作系统基于特定嵌入式平台使用时必须经过裁减。而嵌入式Limix从某种意义上来说可以理解为是桌面型Limix系统的一个子集。在设计嵌入式应用的时候，可将应用程序越过C库直接和内核会话，或者把应用和内核捆绑在一起，甚至可以把应用写为内核的一个线程，在内核中运行，随按这样在移植上带来了困难，但考虑嵌入式系统对尺寸要求小的特点，是完全可行的。[4]

嵌入式操作系统选择Limix，用VI作编辑器以ARMGCC作为交叉编译器。Linux内核是一个整体的结构，为了方便的向内核添加或者删除某些功能，Linux引入了内核模块机制，Linux Module和内核处在同一地址空间，它们可以相互调用函数，直接访问对方地址。本系统软件结构如图2。

系统的主程序流程图如图3。

家电控制和数据采集功能的线程流程图如图所示4。

4 结语

嵌入式技术已经在各个领域得到了广泛运用，嵌入式智能家居方面的应用还有这更为广阔的空间。本文以家电控制系统为例，粗略介绍了智能家居控制系统的设计思路，为想要家居变得智能的客户提供了设计方案。今后，嵌入式智能家居的设计与实现将成为广大用户的追求，拥有不可估量的市场空间。

参考文献

[1]敖可.基于嵌入式Web的远程温度监测系统的设计[D].兰州交通大学，2014.

[2]蒋建春.嵌入式系统原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2010：210-211.

[3]王田苗，魏洪兴.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社，2011：323-327.

[4]于忠得，林敏，申华.嵌入式系统基础教程[M].北京：国防工业出版社，2009：214-215.