基于arm的智能家居系统方案

基于ARM的智能家居系统设计方案

1.系统综述

智能家居（Smart Home）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统，以提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

衡量一个智能家居系统的成功与否，并非仅仅取决于智能化系统的多少、系统的先进性或集成度，而是取决于系统的设计和配置是否经济合理并且系统能否成功运行，系统的使用、管理和维护是否方便，系统或产品的技术是否成熟适用，换句话说，就是如何以最少的投入、最简便的实现途径来换取最大的功效，实现便捷高质量的生活。

智能家居通常包括以下子系统：

访问/控制系统

通过电脑、手持终端等设备了解家中状况，对设备进行控制。

门禁系统

门禁系统主要包括以下功能，室外监控功能：当门口有异响自动提示，能在家中或远程看到外面情况；拍照存档功能：当家中没人且有人按动门铃，便自动拍照存储，方面房屋主人查询；可视对讲功能：有客来访，可自由通话，并能看到外面情况，并能控制门锁的打开关闭；远程开锁功能：可以通过Internet 网，在任何地方开启家里的门锁。

视频监控系统

视频监控的基本功能主要有：远程监控：可以进行实时本地和远程网络监控；远程控制：可以实现远程对设备的各种控制，可以对图像质量，分辨率，图像缩放进行操作，可以对云台的移动方向进行控制；视频存储：能够将视频数据本地存储，能够在任何时候对这些数据进行回放；移动侦测：布防后能够发现移动的物体并报警。

门窗控制系统

可以在室内任何位置以及远程对门窗以及窗帘进行打开关闭操作。具备自动防风防雨功能，当检测到下雨刮风时，自动关闭窗户。同时能与环境检测系统联动，当发现室内空气环境不好或者发现可燃气体时能自动开窗通风。入侵检测功能能够及时发现暴力入侵情况，并向安防系统发送报警信号。

家电控制系统

通过ZigBee/红外转发器，以红外遥控和电源控制相结合的方式对传统家电（如：电视机、空调、冰箱、电饭煲、淋浴器、微波炉等）进行控制以及状态查询。同时对家中总电源以及各个电源接口进行打开关闭的操作，实现对部分家电的控制，同时可杜绝家电待机耗电情况。

环境检测系统

环境监测系统主要对家庭内部环境数据进行监测。包括：温度监测、可燃气体监测、火灾监测、空气质量检测等等。并能与安防系统联动，出现异常情况时能够及时报警。

智能家居系统示意图

2.平台选择

2.1控制系统平台选择

智能家居的控制系统是智能家居的核心组成部分，相当于整个智能家居系统的神经中枢，因此系统平台的选择对于项目成功与否至关重要。嵌入式处理器有众多的架构和种类，不同的处理器从性能到成本以及总线接口、外围电路各有不同。目前，采用ARM体系的微处理

器已经遍布在消费电子、工业控制、通信、网络等领域。据统计，基于ARM体系结构的嵌

入式微处理器占据了RISC类型处理器75%以上的市场份额。在全球范围内，使用ARM授权

生产微处理器芯片的厂商多达数十家，就连众所周知的芯片巨头英特尔公司在通信领域也开发了基于ARM体系结构的微处理器。基于本项目高性能，低功耗，低成本的要求，本项目

采用基于ARM的嵌入式系统。

由于本系统主要目的是用于实验验证，因此采用时下流行的树莓派（Raspberry Pi）作

为控制系统开发平台。树莓派是专为学生计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的卡片式电脑，自问世以来，受众多计算机发烧友和创客的追捧，曾经一“派”难求。树莓派外表虽然“娇小”，内“心”却很强大，视频、音频等功能通通皆有，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。

树莓派功能示意图

2.2客户端平台选择

智能家居客户端主要指用户操作界面及其软件系统，包括完整的智能家居控制界面，具备无线编码学习功能和个性化情景模式，用户可以通过配置，来实现自定义的智能家居体验。据调研机构Strategy Analytics最新的报告显示，Android以83.6%的市场占有率稳居移动操作系统市场之首。为了最大限度的运用市场上现有的资源，本系统首先开发基于Android的智能家居远程客户端。

3.硬件设计方案

3.1控制系统硬件设计方案

由于该系统主要用于实验验证，硬件设计上以简单为主，主要包括一下几个模块：

●主控系统：树莓派开发板（Raspberry Pi Model B+）

●监视系统：USB摄像头（罗技Pro5000）

●家电模拟系统：控制器（单片机A T89C51）、模拟家电（LED灯）、模拟传感器（按键）●通信系统：Wi-Fi模块（联想2代B型迷你无线网卡）

控制系统硬件示意图

3.2客户端硬件设计方案

客户端需支持市面上主流Android手机。

4.软件设计方案

4.1控制系统软件设计方案

控制系统软件设计包括两个方面：一是嵌入式操作系统，另一个是嵌入式服务器软件。

在选择嵌入式操作系统的时候，首先要考虑到对硬件系统的支持，由于ARM处理器的应用非常广泛，目前的主流嵌入式操作系统对ARM体系结构的处理器都提供良好的支持。其次要考虑嵌入式操作系统的可移植性，可移植性良好的操作系统，可以在不同平台、不同硬件系统上运行，从而可以减少或避免以后代码的移植工作，降低开发工作的难度。最后考虑到需要快速、低成本、高质量的完成用户的需求，对嵌入式操作系统的可利用资源和成本的考虑也十分重要。

对于嵌入式服务器软件的选择，首先考虑本系统主要面向家庭，因此访问量很小，不需

要复杂的功能，但当出现紧急情况时要求尽快相应，对实时性有一定要求。因此需要选择一款功能简单、体积小、占用资源少、速度快的服务器；其次由于服务器需要长时间稳定运行，因此对可靠性有较高的要求；最后由于控制系统运行着系统中各个模块的控制程序，这些程序需要浏览器通过CGI接口进行调用返回，因此服务器必须支持CGI调用。

基于以上原因，本例选择嵌入式Linux系统+Boa嵌入式服务器作为控制系统软件设计方案。

Linux系统是1991年由芬兰人Linus Torvalds发明的，从诞生到现在的短短十几年的时间，Linux 获得了飞速的发展尤其是在嵌入式操作系统领域。嵌入式Linux是指对标准Linux 进行小型化裁剪处理，可固化在存储器或单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux 操作系统。

Boa是一个小型Web Server，系统兼容性好，可在多数Unix 系统中运行，特别适合在嵌入式的场合中使用。它是一个单任务的HTTP 服务器，如果有两个用户同时访问它，那么其中的一个用户必须等待片刻，它产生独立的进程来处理CGI 程序，因此占用较少的系统资源。Boa的优点在于其快速性和可靠性而且完全免费。

控制系统软件架构示意图

4.2客户端软件设计方案

本文采用的客户端软件基于时下流行的Android移动操作系统，即基于Android 的智能家居远程客户端。基于Android 的智能家居远程客户端是通过Android 智能家居软件控制的以通信网络为纽带的智能家居远程控制系统，用来实现对用户家庭智能家居系统及其设备的远程控制，其基本思想是实现智能控制、分类操作、分级管理、配置灵活。Android 智能家居远程客户端按功能可划分为五部分：登陆控制单元、信息存储单元、智能控制单元、智能情景模式及人机界面。

客户端软件架构示意图