0 引言

物體信息化是現代社會信息化建設的“催化劑”和“增倍器”。只有走集成整合信息技術以及信息數據之路，企業的信息化建設才能真正發揮作用，才能進一步推動信息建設上水平?，F代物體信息化的發展，直接刺激了新生事物的生長，物聯網的出現，讓IT業充滿了挑戰。

智能家居控制系統可以定義為一個過程或者一個系統。利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統，有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。設計是基于嵌入式Linux的智能家居系統。系統主要由GSM模塊SIM900A、DSl8820、QM-2氣體傳感器、DHT11濕度傳感器、光敏傳感器、帶觸摸屏的LCD模塊等構成。系統初始化正常工作后，定時采集傳感器數據，若采集數據出現異常，則對室內的相應設備進行控制使其達到指定指標，并將所得數據選擇性通過GSM發送或者報警達到有效控制室內設備的目的，也可通過短信方式控制室內設備運作。實物實驗證明本系統運行穩定，符合設計要求。

1 系統結構

系統由ARM芯片S3C2440為控制中心，控制硬件和傳輸信息。硬件包括各式傳感器如氣體，光照，溫度，濕度，防盜傳感器，系統內部各層次通信的方式由多種通信方式組成如：GPIO，A／D采樣，串口，Spi等；外部通訊方式由GSM通信模塊和由ARM為核心的RJ45網口通信；顯示器是由LCD加上電阻屏組成的液晶顯示器界面終端。其系統框圖如圖1所示。

系統采用Linux操作系統為任務控制系統。

人機交互界面使用帶有觸摸屏的LCD液晶顯示器，采用ARM內部自帶的LCD驅動和電阻屏驅動硬件控制采集數據。

遠程通信采用SIM900A模塊，使用短信通信的模式，可以將系統的參數和用戶的任務以短信作為載體來進行相應的交流。

聲音模塊采用了外置的芯片UDA1341TS，具有雙通道聲音輸入輸出的功能，和ARM通信采用IIS通信協議，快速抗干擾能力強。

傳感器網絡采用各式傳感器，例如：溫度、濕度、光照度、氣體、防盜等等，通訊協議上由于通訊的方式不同所以為每一個傳感器都制作了對應的通信驅動。

調節設備有溫度調節設備、干燥設備，增濕設備、光照調節設備、通風設備、加熱設備。

2 硬件設計

(1)溫度傳感器與降溫裝置

此模塊主要通過DS18B20來采集家庭的各點溫度所設計，其電路圖如圖2所示。

降溫裝置用來對空氣溫度進行調節，達到控制室溫的目的，其電路圖如圖3所示。

裝置使用延時繼電器通過控制三極管的信號使繼電器得電后導通電阻絲，當需要加熱電阻絲時，將DIN引腳拉高，此時三極管導通，繼電器線圈得電吸合開關，這時電熱絲得電加熱，等待DIN變為低電平時，繼電器失電斷開，此時開關斷開，電熱絲斷電停止加熱，為了防止陡然對電熱絲加電和停電而使電熱絲壽命減少，加上了電容保護。

(2)氣體傳感器與空氣流通裝置

氣體傳感器用來采集室內氣體是否為有害氣體，若為有害氣體就啟動排風機換風，氣體傳感器硬件電路如圖4所示。

將模擬信號輸出端送入到ARM自帶的AD端口檢測得到檢測到的值即可。當調整好全橋電阻的阻值后，器皿傳感器的阻值改變后會引起OUT1和OUT2的電勢差改變，將此電勢差輸入ARM的AD模塊進行采集和處理。若空氣不符合標準便可以通過排風扇進行空氣更新處理。

(3)光照傳感器與室內亮度調節裝置

光照傳感器采用光敏電阻采集室內光照信息，并且通過判斷光照度調節對應設備達到調節室內亮度的目的。

(4)濕度傳感器與濕度控制調節裝置

濕度傳感器用來檢測當前空氣濕度，使用DHT11傳感器，將采集的數據進行相應的分析，若超過額定值，便進行干燥處理。DHT11傳感器是單總線協議，一根總線只能掛載一個DHT11傳感器，讀取的是已經轉換好的濕度值，使用一個ARM的引腳控制一個DHT11傳感器。

(5)人機交互界面

人機交互界面分為信息輸入與輸出，輸入設備為電阻觸摸屏，輸出設備為采用VGA驅動的LCD顯示器。

(6)GSM模塊的通信與設計

GSM模塊采用的是SIM900A通信模塊，并采用增強型AT指令，其電路如圖5所示。

系統采用的GSM模塊作為與用戶進行信息交換的途徑，GSM采用串口通信，進行數據交換，其電源模塊必須滿足最大電流能夠達到2A的直流電流能力，否則將會因電源功率不夠而導致系統不穩定現象。

(7)系統電源設計

由于系統對于電能的特殊要求，所以必須使用分離式電源單獨給予GSM模塊供電。

3 軟件設計

軟件設計采用嵌入式Linux，具有較強的網絡數據處理能力，嵌入式linux系統的構建包括驅動編程，內核裁剪，文件系統制作，應用軟件制作等。

(1)嵌入式系統Linux的移植與分析

第一、編寫對應的驅動程序，驅動程序是內核中的面向硬件層的程序，這些程序為上層軟件提供抽象函數接口，通過這些函數接口可以間接地控制硬件，因此首先要將目標驅動編寫出來，在本系統中需要SPI，USART，單總線，LCD，電阻屏等驅動接口。

第二、裁剪內核，將編寫好的底層驅動程序加入到內核程序中后，需要通過make menueonfig軟件對其進行配置，將需要的驅動加入到內核配置單里，通過make zImage制作出內核鏡像。

第三、制作文件系統，利用busybox工具制作文件系統。

第四、將做好的內核和文件系統一次燒寫到ARM硬件的對應區域，開機成功啟動后配置目標板的FTP協議。

第五、編寫任務程序，利用抽象的底層函數作為信息交換接口，利用C語言編寫任務程序，將編寫好的程序利用arm-linux-gcc進行相應的編譯和連接，將編好的程序通過FTP下載到目標板調試。

(2)系統與任務構架結構

系統硬件層的驅動編寫到Linux驅動中進行相應硬件操作，定時執行，系統層和抽象層中將底層的硬件抽象成為接口使用，上層的軟件使用接口操作硬件執行任務。任務的優先級由右向左依次降低，最頂層的任務是反饋調節任務位于基本任務之上。

系統任務(按照優先級別排列)：

①防盜監控②溫度監控③濕度監控④氣體監控⑤光照監控⑥排風扇加熱⑦電燈喇叭⑧GSM通訊⑨RJ45通訊⑩LCD人機交互界面。

(3)GSM通訊協議

GSM采用SAM900A通信模塊，使用短信通信方式，手機收到短信后通知串口接收數據，得到的數據編碼方式如下：

在這些短信編碼中，將所需要的內容截取下來，便可以識別。在控制家庭智能終端的過程中所采取的指令方式也是采用編碼方式，其中短信部分編碼定義如下：

[優先級所代表的設備0-10][監控開關0／1][設定參數級別0-5][是否定時開啟若不定時為0否則為分鐘單位的1-255]

其中優先級所代表的設備就是任務優先級代碼所代表的設備，控制開關將控制對應設備是否開啟或者關閉，參數級別代表對應設備對應環境參數的控制區間0最窄5最寬，是否開啟定時為設置開啟時間單位分鐘，若不定時則為0。

(4)系統安全策略

為避免他人惡意控制家具，在系統中加入了對應的密碼服務，系統將會識別對應的手機號，對應的密碼，識別之后才會執行對應的操作，否則將會記錄惡意短信發送方的手機號碼，以備調查之用。

(5)傳感器反饋控制的通用程序流程圖

在本系統中所使用的傳感器檢測與反饋調節方式是相同的，程序流程圖如圖6所示。系統初始化后，進入重復由優先級從高到低檢測傳感器對應的數據，并將數據與對應的參數進行對比，若監測數據符合事先所設定的參數，那么繼續測試下一個傳感器，若監測數據不符合，那么將檢測數據分析，檢測是否超過危險臨界值，若沒有超過就執行一般的對應處理反饋交互環境信息，若超過危險臨界值就發短信給予用戶并且咨詢是否報警等應急措施。

●硬件控制分析：本系統可以使用Linux操作系統下的SHELL命令執行對應的命令控制對應的硬件達到檢測硬件可行性的目的。采用如輸入：openlight命令控制led的端口輸出高電平驅動三極管，led燈就亮了；Lightoff命令控制led的端口輸出低電平，led熄滅。在此可以檢測到硬件控制達到了預期要求。

●短信收發數據分析：對于GSM通訊協議的測試采取實際短信功能的測試，通過手機發送如下格式的數據：

13995991-為發送方的手機號碼的前8位

2-選定控制對象為溫度監控設備

3-控制對象的參數選擇為適中

200-定時200分鐘后執行

測試結果為：在200分鐘后執行了對應的操作，原先被關閉了的溫度傳感器設備被激活，能夠在一定溫度范圍內反饋控制風扇吹風降溫。

4 后記

本設計基于現有市場上智能家庭防盜設備進行再設計，并在硬件和程序設計上對現在智能設備存在的問題進行了一些改變，使之更加智能，更加便捷。體現在以下幾個方面：

(1)后備電源及掉電檢測報警，更好地防止盜賊進行盜竊之前切斷電源。(2)采用Linux操作系統，升級維護更加方便快捷。(3)傳感器網絡中間使用控制中心進行定期監控。(4)程序上設計增加了手機號碼校驗，更好地防止了盜賊通過短信撤防的手段。(5)具有良好的反饋調節機制，可以在環境允許的情況下進行智能的對應的操作改善當前不良環境。