嵌入式技术在智能家居系统设计中的应用

高屹扬

摘 要：随着我国的信息技术科学和电子科学的不断进步，人民对智能化生活提出了更多的要求。智能化、交互式、创新式的家居设计成为今后家居的主流趋势，智能化家居时代已经来临。要想实现家居智能化，首先控制系统所使用的技术成为了关键点，嵌入式技术的应用使得智能家居的控制系统得以运行。本文就对嵌入式技术在智能家居系统设计中的具体应用进行详细的讨论。

关键词：嵌入式技术；智能家居系统；设计；应用

智能家居以计算机技术为核心，辅以网络技术、传感器、自动化、电机科技等技术实现了智能家居的信息传递，实现了家居的智能化。智能家电中的计算机核心技术主要是嵌入式技术，接下来我们便对其进行详细的阐述。

一、智能家居中介基于嵌入式技术的关键技术点

（一）家庭网关基于嵌入式技术

嵌入式系统是一类具有特殊性质的计算机专用系统，可以灵活多变，具有较强的适应性和特定性，其可靠性、目的性、专用性较高。智能家居中的嵌入式技术主要包含了三个方面：硬件设备、嵌入式操作系统、软件。

（二）ZigBee技术

智能家居中网络主要采用无线网络技术，ZigBee技术可以实现无线网络短距离传输，传输的数据的可靠性较高，该技术所需要的能耗较低制造成本低，该技术的组网便捷时间短，因此在智能家居中多使用ZigBee技术作为网络传输技术。ZigBee技术在智能家居中的应用实现，需要一个专用ZigBee模块作为协调器与各个终端功能设备相连，实现与各个终端设备的通信。基于嵌入式技术的智能家居网关其外接串口与ZigBee专用模块芯片串口相通，最终实现家庭网关借助协调器控制终端设备。

（三）系统管理界面

智能家居设计的最终目的应该是给用户最直观的的智能体验，那么PC端的系统管理界面需要给与用户直观的、简易的、可操作的界面。Qt技术便能够很好实现智能家居用户端界面的设计，Qt技术是一种可以跨平台的C++图形设计技术，其最大的特点是可以跨平台实现用户界面的设计，Qt技术可在任何的操作系统中使用，不需要修改源代码。Qt技术除了具有跨平台应用之外，还可以在家居网关上应用，实现上位机管理界面。Qt技术中主要是应用信号和槽来机制来实现与各个部件之间的命令传输，这是Qt技术最主要的特点。

二、基于嵌入式技术的智能家居系统设计

（一）硬件系统设计

1.嵌入式系统

目前大部分的智能家居系统采用的是ARM10嵌入式操作系统，核心处理器为英特尔 xscale270，核心处理器通过WinCE 嵌入式操作系统来进行处理，该嵌入式系统通过USB接口来实现摄像头的连接，通过两个RS232串口实现GSB模块和家居控制模块与嵌入式系统之间的数据传输和交换。嵌入式系统是整个智能家居硬件设备中重要的核心设备，可以说是智能家居系统的大脑。

2.家电控制模块

单片机控制电器模块通过串口来实现单片机和嵌入式控制系统之间的数据的交换，同样传感器也是通过串口实现与嵌入式系统之间的数据传输。单片机可以通过控制四个LED灯来实现模拟家电的操作，三个按键相当于模式传感器，通过它来采集各种状态。单片机是借助继电器对家电进行控制，借助LED来实现展示。

3.GSM模块

GSM模块主要的功能是实现手机与嵌入式系统之间的数据传输，是唯一的数据传输通道，可以实现移动通信的数据交换，通过它可以发送或者接受短信至用户的手机中。GSM模块通过RS232串口实现与嵌入式系统之间的信息交换。

4.摄像头监控单元

摄像头监控单元主要是通过USB端口与嵌入式系统相连，实现实时监控画面的传输。传输给嵌入式系统中心的画面通过无线网络传输到PC端，最终的画面由PC端向用户展示。

（二）软件系统设计

智能家居中硬件系统和软件系统是相辅相成，息息相关，只有软件和硬件两者结合才能实现家居的智能化。

1.串口通信

嵌入式系统中服务端程序设计主要是通过CCESeries 函数来完成串口的通信功能，在CCESeries 函数中编译串口所需要的初始化实现功能函数、串口实现数据识别读写功能函数、实现串口功能关闭的函数。在调用或者启动了串口功能函数后，便可以实现串口对数据的识别和读写功能，但是在使用时需要对识别和读写时间进行限制，提高识别读写效率。

2.GSM网络通信

GSM无线通信技术是在AT指令的基础上来实现的，远程数据的传输主要是通过GSM模块来实现的，通过运营商发送短信的方式远程进行数据的传输和交换，最终实现无界限的数据传输和报警提示，用户可以及时发现异常警报，确保用户的安全。GSM模块主要的特性是稳定性好、时效性高，可以在任何地点任何时间实现输出的远程传输，不收地理位置的影响。

3.以太网通信

对智能家居而言嵌入式系统的重点内容就是数据的通信技术，数据的正常通信是保证用户和核心控件之间的数据交换通道，在智能家居中通常采用的数据传输网络是TPC/IP网络通信协议，它是计算机网络中至关重要的核心技术之一，通过该协议可以建立起数据信息与PC端的通道实现数据的传输。通过IP层，在接口处发送数据到协议层，与其相对应的IP层将接收到的数据传输给网络接口层，通过这样的方式形成数据传输的流畅通道。

三、总结

随着我国的电子信息科学和计算机信息技术的发展，智能家居成为了主要的家居发展趋势，嵌入式技术作为重要的现实家居智能化的核心技术之一，其在智能家居中的研究应用是非常有必要的。本文重點的对基于嵌入式技术的主要关键点进行详细的阐述，希望能够对智能家居的系统设计有所帮助。

参考文献：

[1]刘橦.基于嵌入式的智能家居系统设计与实现[D].林大学电子科学与工程学院，2017-6.

[2]严建亮.基于嵌入式的智能家居网络控制系统的研究与实现[D].南京邮电大学，2013-6.