基于嵌入式的智能家居控制系统的设计与实现路径

郭诗霖

（辽宁科技大学，辽宁鞍山，114051）

0 引言

伴随着经济与科技的发展，人们的生活水平也越来越高，对生活质量的要求也在不断提高。，因此，推动了科技在居家环境中的应用，智能家居控制系统在慢慢实现。此前，智能家居控制系统大多将处理器作为核心，对于室内环境、监测等没有做太多把控。随着人们对生活品质的要求不断提高，室内环境、智能监测等是被人们所需求的，而该系统具有低能耗、低成本和稳定性高的特性，因此，嵌入式的智能家居控制系统的设计与实现对提高人们生活质量具有重要的意义[1]。

1 智能家居控制系统架构

该智能家居的主控芯片为S3c2440 processor，S3c2440 processor是 在RISC microprocessing of ARM920T core的基础上形成了许多控制接口，方便使用，同时也便于与外部器件连接。传感器在检测居家环境中起到重要作用，同时还需要用到USB摄像头采集视频数据。用户想要查看各种信息，需要先将系统联网，再登录家居管理主页进行操作就可以[2]。智能家居控制系统框架结构如图1所示，当家里发生紧急情况时，会有蜂鸣器报警发出警报，会自动通过GPRS通信系统向用户发送紧急短信。

图1 智能家居控制系统框架结构

2 硬件设计

■2.1 嵌入式微处理器

嵌入式微处理器的设计是在Tx2440a development board的基础上进行的。主控芯片为S3c2440 processor可以使主频可以达到390兆赫以上，而且还具有多项功能如存储器管理单元、控制器、支持外部存储器等功能。系统内存为64兆，快闪记忆体为256兆，显示屏为3.5in薄膜晶体管真彩色液晶屏，Dm9000 for network chip，USB主机4个、从机1个。

■2.2 视频采集模块

该系统是在Linux系统提供视频4 LinuxAPI函数的基础上，采用ZC301型号摄像头进行视频采集的。视频流服务器通过内部总线接收视频数据，然后再被压缩进行传输，传输是通过TCP/IP 协议进行的，最后通过CGI函数进行客户端与服务器的联系，客户就可以通过手机或者浏览器对现场画面进行监控[3]。

■2.3 传感器模块

智能家居控制系统在传感器模块采用的是EE210温度传感器，采集室内湿度采用的是HM1520湿度传感器，检测室内粉尘采用的是TQ15-GC1000J粉尘传感器，检测电路一般采用LH1778，报警器采用的是蜂鸣器，在报警触发之后，在通过GMS发出报警短信。这些信息到达控制中心是通过S3C2440，再将所有信息传送至Web。

■2.4 GPRS通信模块

该模块主要选用的PCIE8914，该模块的主要作用是提供语音传输、数据传输等，内部安装了外部应用程序和多媒体短信服务[4]。该模块采用串列埠进行数据通信，接收处理器发送的数据主要是通过PCIE8914的双向端口，向处理器发送数据的也是该模块上的双向端口。通信模块处于中心位置（GPRS网络和Internet网络），并将二者连接起来进行数据通信。

3 软件设计

软件设计主要完成应用程序的设计和监测界面的实现。对室内的各个环境进行监控（照片、粉尘、安全问题等），各个模块在检测中起到不同的作用。该嵌入式智能家居控制系统的设计将应用程序嵌入到网页中，实现了计算机生成影像。用户可以通过计算机生产影像的程序，通过反馈的方式传达个客户，客户打开页面就可以进行查看，进而达到监控的目的。

■3.1 环境检测模块

该模块主要是起到检测的作用（温度、湿度、粉尘等），整个过程以传感器为基础获取信息，再进行传递（互联网-服务器平台）。图2为室内环境温度采集流程图，用户通过手机或者浏览器就可以看到室内情况，蜂鸣器装置在室内环境达到危险值时就会进行报警，会自动通过GSM系统向用户发送紧急短信[5]。

图2 室内环境温度采集流程图

■3.2 照明模块

该模块的作用主要是室内照明，而用于照明的灯主要是LED灯（LED1-LED3）。同时还创建一个文本用于保存灯的状态信息，而且还会进行数据更新等操作。

■3.3 视频监控模块

该模块主要包含3部分：①视频图像采集部分；②视频数据传输部分；③视频图像显示部分。进行图像采集的是Linux系统内部的V4L，原始图像经过JPEG压缩输将被送到客户端供客户播放查看，在中层采用实时传输控制协议，目的是为了保证视频的传输质量不被破坏，在网络层采用的是通讯传输协议[6]。通过外部应用程序和Web端实现客户与网络的交互。

■3.4 监测界面的实现

该系统的控制界面在计算机生成影像的基础上构建而成，主要包含两部分：①静态表单页面设计，使用超文本标记语言；②态Web页面设计，使用计算机生成影像。当用户访问服务器时，弹出的第一个界面是输入登录信息，等信息验证通过后，用户才能进行主页。主要的功能主要包含三个：①室内电灯控制；②家居环境检测；③网络视频监控。以上三个功能均有主网络进行控制，计算机生成影像进行传输和操作，生成的视频通过视频服务器传输到主页，供客户查看。客户在进行远程观看视频时，还可以进行拍照。

4 系统调控与测试

为了验证该嵌入式智能家居控制系统能否支持Android或iOS客户端能使用，进行了一系列系统调控与测试。分别进行软件测试、硬件测试，再将两种软件进行结合测试。其中硬件测试采用E2PROM芯片24C02的读写程序，通过数字信号处理进行程序加载，并设定电压为220伏进行测试，其他测试与此类似。因此，嵌入式智能家居系统可以通过多线程序加载来辅助各模块实现功能化处理，提高了系统的面向性。嵌入式智能家居控制性能分析图如图3所示，该图详细的分析了嵌入式智能家居控制的覆盖率。由图可以看出，不同的手机客户端对嵌入式智能家居控制的覆盖率结果不同，嵌入式智能家居控制系统，对手机端的移动点数依赖较小，因此增加了该系统的安全性和可靠性，同时还提高了智能家居的控制覆盖率。

图3 嵌入式智能家居控制性能分析

通过以上测试可以得出，该嵌入式智能家居控制系统通过网页和手机可以进行查看，监测室内的各个部分的工作状态，而且可以对传感器的信息进行收集整理。用户可以打开远程操作界面进行登录，在输入完正确的用户名和密码之后进入到操作页面，此时就可以查看室内的所有信息，还可以通过远程去操控各个部位。对视频监控界面进行了测试，监控画面为厨房，在手机中看到视频信息流畅，没有网络延迟，因此，该嵌入式智能家居控制系统的检测效果较为理想。

5 结语

文章介绍了嵌入式智能家居控制系统的整个框架结构和操作过程。主要分为硬件设计和软件设计两大部分，系统中涵盖了多个模块，可以实时监测居家环境中各个环节。而且该控制系统成本不高，操作简单，基本达到了用户的基本需求，应用价值很高。