隨sui著zhe網wang絡luo技ji術shu和he通tong信xin技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan以yi及ji人ren們men對dui生sheng活huo要yao求qiu的de不bu斷duan提ti高gao，實shi現xian家jia庭ting智zhi能neng的de遠yuan程cheng監jian控kong已yi經jing成cheng為wei必bi然ran的de趨qu勢shi。國guo家jia建jian設she部bu住zhu宅zhai產chan業ye化hua促cu進jin中zhong心xin提ti出chu住zhu宅zhai小xiao區qu要yao實shi現xian六liu項xiang智zhi能neng化hua要yao求qiu

，其qi中zhong包bao括kuo實shi行xing安an全quan防fang範fan自zi動dong化hua監jian控kong管guan理li：對住宅的火災、有害氣體的泄漏實行自動報警；防盜報警係統應安裝紅外或微波等各種類型報警探測器
；係統應能與計算機安全綜合管理係統聯網；計算機係統能對防盜報警係統進行集中管理和控製。隨著GPRS遠程通信技術和短距離無線網絡通信技術的不斷發展和成熟，智能家居的監控技術也逐步成熟。GPRS網絡通信業務是通信公司推出的一項數據傳輸通信業務，在GPRS網絡覆蓋區域內，傳輸距離不受限製

，通信費用相對低廉，傳輸速率較快。Zig-Bee短距離無線通信技術是一種近距離、低複雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，主要用於距離短

、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據
、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。本文解決了家庭智能嵌入式係統
、GPRS遠程通信、ZigBee無線通信、家電解碼及編碼、家居控製協議等相關技術難點，分析了其各自基本特點和所要實現的基本功能

，並在此基礎上提出了基於Linux嵌入式係統和ZigBee網絡及GPRS無線通信的智能家居係統的總體解決方案。

　　

　　

zhinengjiajuwangluozhideshizaiyigejiajuzhongjianliyigetongxinwangluo，jianggezhongjiadianshebeihuxianglianjieqilai
，shixianduisuoyouzhinengjiajuwangluoshangshebeideyuanchengshiyonghekongzhijirenheyaoqiudexinxijiaohuan，ruyinle、門窗、電源、電視或數據等等。智能家居網絡的構架包括家庭內部網絡係統

、zhinengjiajukongzhiqiyijizhinengjiajuwangluoyuwaibuwangluozhijiandeshujutongxin。qizhong，zhinengjiajukongzhiqishizhinengjiatingwangluodeyigezhongyaozuchengbufen
，qidaohexindeguanli、kongzhiheyuwaibuwangluotongxindezuoyong。tashitongguojiatingguanlipingtaiyujiajushenghuoyouguandegezhongzixitongyoujijiehedeyigexitong
，yeshilianjiejiatingzhinengneibuhewaibuwangluodewulijiekou，wanchengjiatingneibutongwaibutongxinwangluozhijiandeshujujiaohuangongneng

，tongshihaifuzejiatingshebeideguanlihekongzhi。zhinengjiajukongzhiqiyifangmianxuyaoweijiatingneibubuxiantigongtongxinjiekou
，caijijiatingshebeidexinxi
，bingjinxingchuli、自動控製和調節；另一方麵智能家居控製器作為家庭網關，也為外部提供網絡接口，連通家庭內部網絡和外部網絡，使得用戶可以通過GPRS網絡等方式訪問家庭內部網絡，實現監視和控製。係統控製方案如圖1所示。

　　

圖1 係統整體控製框圖

　　

本係統采用三星公司最新推出的ARM11S3C6410控製芯片為核心控製器，完成所有家庭內部數據的處理，包括數據的采集與控製命令的發出，是整個智能家居控製的核心，采用Linux嵌入式係統為家居總中心監控係統，能夠自動運行、處理數據

，通過串口管理

、無線網絡來控製各控製終端，並且中心控製器通過GPRS模塊實現家庭係統與手機的通信
，使用戶可以通過短信方式實現家庭係統的遠程控製，同時

，控製器還采用10.3寸觸摸屏為用戶提供命令輸入端，采用Linux Qt完成人機界麵的編寫，通過ZigBee無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)完(wan)成(cheng)家(jia)庭(ting)內(nei)部(bu)數(shu)據(ju)的(de)傳(chuan)輸(shu)，方(fang)便(bian)用(yong)戶(hu)實(shi)現(xian)本(ben)地(di)控(kong)製(zhi)。控(kong)製(zhi)終(zhong)端(duan)為(wei)單(dan)片(pian)機(ji)組(zu)成(cheng)的(de)若(ruo)幹(gan)小(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)各(ge)家(jia)用(yong)設(she)備(bei)，並(bing)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)總(zong)線(xian)將(jiang)這(zhe)些(xie)小(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)網(wang)絡(luo)，連(lian)接(jie)到(dao)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)控(kong)製(zhi)器(qi)，受(shou)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)控(kong)製(zhi)器(qi)控(kong)製(zhi)。

　　

整個智能家居係統全部采用無線網絡進行數據傳輸和監控，以無線網絡技術為通信平台，將家庭的安防係統
、門窗控製係統
、家jia電dian照zhao明ming係xi統tong和he能neng源yuan計ji量liang係xi統tong等deng這zhe些xie分fen立li子zi係xi統tong融rong合he成cheng為wei一yi個ge真zhen正zheng意yi義yi上shang的de綜zong合he智zhi能neng家jia居ju網wang絡luo係xi統tong。既ji可ke以yi使shi用yong智zhi能neng手shou機ji或huo者zhe終zhong端duan實shi現xian本ben地di集ji中zhong控kong製zhi，也ye可ke以yi通tong過guo使shi用yong遠yuan程cheng接jie入ruInternet網絡的智能手機或計算機實現遠程監控。智能家居網絡係統由分散智能終端層和上端總控製層組成。

　　

上端總控製層主要是以ARM6410中控係統為核心
、利用無線通信結構形成的中控網絡完成對各種不同智能終端的管理控製。中控係統配置有觸摸屏方便用戶使用。使用GPRS通信技術，將家庭內部信息及時與主人手機終端進行通信聯係
，並可以通過手機控製上端總控製層
，達到遠程控製的效果。

　　

分散智能終端層是由具有智能終端特性（即信號采集處理
、輸出控製和數據通信功能）的各種不同安防係統、家電控製
、家庭照明
、家庭安防
、溫濕度數據采集和通信係統等模塊組成。

　　

智能終端層以AT89C51為核心處理器，使用多個I/O口進行傳感器檢測陣列的信號采集，其中包括紅外人體探測信號、火警探測信號、有毒氣體探測信號


、門窗開閉信號等信號的檢測；使用紅外發射芯片IR6721C芯片進行家電設備控製信號的發射
，可以完成家庭內部控製和GPRS遠程控製；使用通信串口1連接無線數據傳輸芯片XL02-232AP1，XL02-232AP1是UART 接口半雙工無線傳輸模塊。本文采用了加強型的ZigBee無線技術，符合工業標準應用的無線數據通信設備，可實現多設備間的數據透明傳輸
；通過無線ZigBee進行組網通信；無線功能強大；具備中繼路由和終端設備功能。單個終端硬件結構框圖如圖2所示。

　　

圖2 終端硬件結構框圖

　　

智能終端與中心控製器通過基於ZigBee的無線網絡完成通信，傳輸一個指令的數據包由以下幾部分組成：起始編碼bite［0］［1］，地址編碼bite［2］，數據類型編碼bite［4］
，功能編碼bite［5］
，效驗編碼bite［6］
，結束編碼bite［7］。每個編碼1個字節，發送數據範圍在0~255zhijian

，butongjiatingneibudeqishibianmadoushiweiyide
，fangzhixianghuxinhaodeganrao，meigejieshouzhongduanzaijieshoudaoshujuhou，doujinxingdizhimapanduanshifouweizijijieshoudeshujubao
，shizejieshou
，fouzebujieshou

，jieshoudaoshujubaohou

，duishujuyaozhixingdegongnengjinxingxiaoyan
，xiaoyanzhengque
，zejinxingjiema，bingqiezaijiemachenggonghoutongguoZigBee的無線網絡發出一個確認接受碼，中心控製器在接收到確認接收碼後停止再次發生控製指令，否則間隔100ms再次發生相同指令
，確保整個ZigBee的de無wu線xian網wang絡luo數shu據ju通tong信xin的de準zhun確que性xing和he完wan整zheng性xing。每mei個ge智zhi能neng終zhong端duan在zai正zheng確que接jie收shou到dao中zhong心xin控kong製zhi器qi的de控kong製zhi信xin號hao後hou，必bi須xu根gen據ju信xin號hao完wan成cheng相xiang應ying家jia庭ting內nei部bu的de控kong製zhi工gong作zuo，所suo以yi家jia電dian設she備bei的de控kong製zhi信xin號hao都dou是shi由you統tong一yi的de紅hong外wai編bian碼ma完wan成cheng的de

，不bu同tong家jia電dian的de紅hong外wai編bian碼ma各ge不bu相xiang同tong，必bi須xu進jin行xing紅hong外wai編bian碼ma的de解jie碼ma和he重zhong新xin的de編bian碼ma，解jie碼ma工gong作zuo利li用yong400MHz的具有存儲功能的高精度示波器采集完成，編碼采用AT89C51芯片的兩個定時器交互中斷進行，中斷程序控製相應的I/O口產生對應的脈衝，脈衝輸出測試結果如圖3所示。

　　

圖3 AT89C51產生的紅外解碼脈衝

 

　　

以ARM11S3C6410為總控製核心
，通過GPRS進行遠程數據的發送與處理，使用6410串口2與GPRS進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)
，可(ke)以(yi)將(jiang)家(jia)庭(ting)內(nei)部(bu)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)發(fa)送(song)給(gei)遠(yuan)離(li)房(fang)間(jian)的(de)主(zhu)人(ren)手(shou)機(ji)
，並(bing)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)主(zhu)人(ren)手(shou)機(ji)發(fa)送(song)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)息(xi)控(kong)製(zhi)房(fang)間(jian)內(nei)家(jia)電(dian)設(she)備(bei)

，包(bao)含(han)攝(she)像(xiang)頭(tou)的(de)攝(she)像(xiang)處(chu)理(li)、空調溫度設置等。GPRS通信模塊安裝在智能家居控製器中，主要功能為通過GPRS網絡連接到Internet網絡，並主動與監控中心建立通信鏈路，進行雙向數據通信。GPRS通信模塊設計采用了Freescale公司生產的內嵌TCP/IP協議的G24GPRSOEM［8］。該模塊尺寸小
，功耗低，便於集成。GPRS通信終端收發模塊主要由G24模塊、天線、SIM 卡
、相關的電平轉換電路和RS 232串口組成。其供電電壓為5V
，可采用USB端口供電；通過RS 232串行口與智能家居控製器ARM 進行通信。

　　

G24收發模塊采用AT指令操作
，通過RS 232串行口進行數據通信。

　　

GPRS網絡通信原理如下：首先通過SGSN節點使通信終端模塊附在GPRS網絡上
；然後通過GGSN 節點由PPP（Point to Point Protocol）協議獲得一個隨機分配的IP地址，連接到Internet上；最後通信終端模塊通過Internet，按照監控中心設定的端口號與監控中心建立通信鏈路。

　　

　　

係統采用Linux操作係統，Linux內(nei)核(he)是(shi)一(yi)種(zhong)源(yuan)碼(ma)開(kai)放(fang)的(de)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)，采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)設(she)計(ji)。在(zai)此(ci)隻(zhi)保(bao)留(liu)了(le)必(bi)需(xu)的(de)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)，刪(shan)除(chu)了(le)冗(rong)餘(yu)的(de)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)

，並(bing)對(dui)內(nei)核(he)重(zhong)新(xin)編(bian)譯(yi)，從(cong)而(er)使(shi)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)所(suo)需(xu)的(de)硬(ying)件(jian)資(zi)源(yuan)顯(xian)著(zhe)減(jian)少(shao)。

　　

Linux係xi統tong內nei核he集ji成cheng了le大da量liang的de網wang絡luo應ying用yong程cheng序xu
，支zhi持chi全quan部bu的de標biao準zhun因yin特te網wang協xie議yi和he幾ji乎hu所suo有you的de聯lian網wang技ji術shu
，因yin此ci將jiang其qi應ying用yong於yu智zhi能neng家jia居ju控kong製zhi器qi的de設she計ji
，具ju有you代dai碼ma量liang小xiao
、運行消耗係統資源少、可靠性高、開發周期短等優點，適應智能家庭數據采集控製器對於操作係統的要求。Qt作為一種跨平台的基於C++ 的GUI係統，能夠提供給用戶構造圖形用戶界麵的強大功能。本文選用移植性強的Qt軟件設計圖形用戶界麵
，所設計的GUI實用、簡潔、實現了人機交互，可通過鍵盤或麵板對程序進行輸入、保存、修改和編譯，信息和臨時信息及時輸出、顯示

，通過GUI達到了整合係統的目的。在Qt係統中，不僅有著構造完善的係統結構
，而且為了滿足用戶對編寫圖形用戶界麵應用的種種需求
，還創建了許多新的係統機製，其中Qt所特有的內部進程通信機製具有獨特的反應速度，本文采用的Qt應用進程之間通信機製是Signal-Slot機製和FIFO 機製。Linux 係統不斷偵查本地GUI消息，任何一個Qt消息被觸發


，係統都會立即執行相應程序，提高了整個係統的反應速度和穩定性，係統軟件設計流程如圖4所示。

　　

圖4 係統軟件設計流程

　　

　　

整套係統的設計充分利用了ARM11S3C6410的硬件功能和處理速度，成功移植了以S3C6410為硬件核心的Linux嵌入式係統
，並完成了基於Linux Qt的控製程序的開發
，解決了多項技術難點，其中包括構建基於ZigBee通信協議的無線網絡、基於AT89C51的統一家電控製協議、基於S3C6410的GPRS遠程通信、家電控製的直接解碼與編碼等，實驗產品的控製結果效果令人滿意，驗證了該係統的先進性、穩定性和實用性，具有廣泛的推廣和應用價值。

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