基于ARM的智能家居综合控制系统设计与实现

沈阳理工大学硕士学位论文基于ARM的智能家居综合控制系统设计与实现姓名：靳江伟申请学位级别：硕士专业：@指导教师：刘勇2011摘要随着科技的进步，各种自动化、智能化产品层出不穷，极大的改变了人们的生活方式，也改变着人们的思维方式。

在这种背景下，人们对住宅的概念有了翻天覆地的变化，对居住环境提出了更高的要求。

智能家居的概念也就在这种理念的驱动下应运而生。

本文以现有智能家居系统为研究对象，分析了目前智能家居解决方案的特点和存在的不足，结合目前国内智能家居发展的情况，设计了一种以传统住宅为基础的智能家居综合控制系统。

系统以中央控制器为核心，采用新兴的ZigBee技术作为控制网络的通信手段，使用模块化的设计方法，在外围模块的配合下，实现了诸如：远程控制、温度采集、传统家电控制、灯光控制、电话短信报警、远程监控等一系列功能。

本文首先分析了几种典型智能家居的解决方案，分析借鉴现有方案的基础上，提出了自己的总体方案，同时对家庭内部子网进行了详细设计。

在中央控制器的设计上，采用了三星的2440_ARM 9微处理器作为硬件平台；采用了嵌入式Linux 操作系统和Boa嵌入式Web服务器为软件平台。

通过CGI通用网关接口实现了通过浏览器对家中情况的了解和各种设备的控制功能。

外围模块部分主要实现了ZigBee/红外转发模块、温度采集模块、灯光/电源控制模块的自主设计和实现，同时完成了网络监控、GSM报警等模块的集成工作。

各个模块通过ZigBee技术、以太网技术、Wi-Fi技术等网络技术组成的家庭子网与中央控制器紧密的联系在一起组成了一套完整的系统。

最后通过中央控制器远程对各个模块进行了实际测试，各个模块功能正常，基本符合预期结果。

关键词：智能家居；ARM；嵌入式Linux；ZigBeeAbstractWith the progress of science and technology , all kinds of automatic and intelligent product emerge in endlessly .It greatly changed people's life style and thinking mode. In this context, the people on residential concept has changed a lot and put forward higher request on living environment. Smart Home concept emerged at the historic moment. Based on the existing Smart Home system as the research object, this paper analyses the current Smart Home solution characteristics and deficiency. Combining the current domestic Smart Home development circumstance, design a kind of traditional residence based Smart Home comprehensive control system . The system with the central controller as the core, adopted new ZigBee technology as control network means of communication, using modular design methods, in the peripheral modules coordinates, realized such as: remote control, temperature gathering, traditional household appliances control, lighting control and so on a series of function.This paper first analyzes several typical Smart Home solutions, in reference to and analysis on the basis of present project, the author puts forward his own overall scheme and detail designed the family internal subnet,then proposed his own improvement plan on the security of wireless sensor network technology of ZigBee. In the central controller design, it used samsung's 2440_ARM 9 microprocessor as hardware platform; using the embedded Linux operating system and BOA embedded Web server for software platform. Through the Common Gateway Interface (CGI) realized the functions of understanding the home situation and various equipment control through web browser. Peripheral modules part mainly realizes the infrared forwarding module, temperature acquisition module, lighting/power switch control module independent, meanwhile finishing the integrated work of network monitoring,GSM alarm module andsuch on.Each module through family subnet ,closely linked together to central controller,form a complete set of system.Finally,through central controller for each module remote practical testing,each module function is normal, Basically comply with expected results.Key words:Smart Home;ARM;Embedded Linux;ZigBee第1章绪论第1章绪论1.1 课题背景随着信息社会的发展，计算机和信息家电已越来越多地出现在人们生活之中，而这一切的发展最终的目的都是为了方便人们的生活，为人类提供一个舒适、便捷、高效的生活环境。

在各大公司和IT媒体的强大概念宣传攻势之下，诸如：智能家庭局域网、家庭网关、信息家电等这些和智能家居密切相关的新名词变得越来越多，越来越熟悉。

如何建立一个高效率、低成本的智能家居综合控制系统已成为当前社会的一个热点问题。

智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。

智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。

智能家居可以定义为一个目标或者一个系统，利用先进的计算机、网络通信、自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能[1]。

与传统家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间，将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效地安排时间，增强家庭生活的安全性，并为家庭节省能源费用等。

智能家居的概念提出很早，但由于科学技术水平和人们思想认识的限制，智能家居一开始并没有得到很快发展。

直到1984年美国联合科技公司(United Techno1ogies Building System)将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州(Connecticut)哈特佛市(Hartford)的City Place Building时，才出现了首栋智能型建筑，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕[2]。

到了20世纪90年代后期，随着Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋沈阳理工大学硕士学位论文明显。

智能信息化家电所具有的安全、方便、高效、快捷、智能化等特点也逐渐被人们所认识所接受，智能家居进入了飞速发展时期。

1.2 课题研究意义计算机、自动控制、通信技术以及数字化技术自20世纪90年代后期以来，取得了迅猛的发展并日益渗透到各个领域。

极大的改变了人们的工作方式，提高了生产效率，对生产力的提高起到了至关重要的作用。

相比之下，这些技术对改善人们的居住环境方面的作用并没充分的发挥出来。

虽然目前的家用电器功能越来越多，越来越智能化，但是这些家用电器的智能仅仅限于其自身，并没有形成一个整体。

这样造成的直接后果就是人们的居住环境仅仅是被一些高科技的家用电器包围，而没有形成人性化，智能化的系统。

人们依然生活在以前传统的家居方式下。

在这样的背景下，人们开始关注居住环境，越来越注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适。

如何在家庭环境中组建智能家居网络，有效的将各个家电产品结合成一个有机的整体，并通过它对家电设备进行近程或远程的集中控制与管理，使人们能够不分地点，随时随地方便的控制和了解家中的情况，让这些家用电器为人们提供更好的家居环境，成为了一个新的课题。

所谓智能家居是指将各种相关的住宅设备通过家庭内部网络连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，从而构筑成舒适的信息化居住空间，以适应人们在信息化社会中快节奏和开放性的生活，达到安全、舒适、高效、节能、环保及人性化的要求[3]。

智能家居起源甚早，在国外1984年就有了第一栋智能建筑[4]。