基于嵌入式的智能家居控制系统设计

基于嵌入式的智能家居控制系统设计

作者：赵桂云李贺宋白玉胡正跃夏梓超

来源：《电脑知识与技术》2017年第16期

摘要：本系统选用基于ARM920T内核的S3C2440微处理器作为主控制器，使用Linux作为系统内核；QT设计用户界面；使用TCP/IP协议通信；GPIO口控制门口电机、窗台电机、烟雾传感器、灯、光传感器等功能模块。

关键词：$3C2440；Linux；QT；无线网络；GPRS

1概述

智能家居的概念早在二十世纪80年代初就已经提出。以“住宅电子化”实现，到了80年代末，逐步提出了“住宅智能化”，也就是现在所说的智能家居的原型。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。它的研究与设计将优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚，主要有三种技术方案，它代表着中国智能家居行业不同时期的技术特点，PC架构的智能控制系统出现于中国智能家居的萌芽阶段，基本上停留在向使用者展示智能家居的概念，实用性不强，属于第一代。目前很多中国智能家居厂商研制的基于单片机架构的智能控制系统，在实际中得到了广泛的应用，但是随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。进行智能家居的嵌入式控制系统的设计，可以推动智能家居行业的发展，扩大嵌入式在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

2总体设计方案

2.1总体设计方案

本文根据用户在现代生活中，对居住环境的便捷性、安全性、舒适性等方面的需求，设计了一种新型多功能智能家居控制系统，总体方案框图如图1所示，室内总控制系统通过无线网络，实现了对门禁模块、灯光模块、窗帘模块、通讯模块、报警模块、RFID模块等多个功能模块的控制。

2.2系统硬件架构

室内总控制系统采用基于ARM920T内核的S3C2440嵌入式微处理器作为主控芯片。

S3C2440内部集成触摸屏控制器，支持TFT/SNT屏，本系统选用4.3寸液晶屏，实现人机交互界面的建立。总控制系统连接一个USB摄像头，实现对室内环境的实时监控。总控制系统通过GPRS模块实现与外部的连接，让用户出门在外也可以通过手机对室内情况进行控制。总控

制系统通过GPIO口来控制门口电机、光传感器、烟雾传感器等功能模块。系统硬件架构如图2所示。

2.3软件开发流程

智能家居控制系统软件开发分为三个环节：构建家居的Linux系统、设计功能模块的驱动、设计图形界面。

1）构建智能家居的Linux系统的开发流程如图3所示，

2）设计功能模块驱动的流程如图4所示。

3）设计图形界面的流程如图5所示。

3各模块功能及构成

3.1门禁模块

轻点按键，就可以驱动继电器开门。继电器使用的型号是：SRD-05VDC-SL-C，继电器的作用相当于开关，编写继电器的驱动，设计出开关的控制系统。

3.2灯光模块

轻点触摸屏上的按键，就可以控制房间或者客厅的灯光。有两盏LED灯，一盏灯表示客厅，一盏灯表示房间，编写字符驱动来操作这两个LED灯，设计实现灯光控制系统。

3.3窗帘模块

除了可以通过触摸屏上的按键实现窗帘的开关控制，也能根据光感电阻的变化，在室内光线高于预设值时，自动关闭。窗帘控制系统使用步进电动机来控制窗帘的开关，步进电机使用的型号为：25BY48L064A，额定电压12V，四相六线，2.54间距，使用的是ULN2003作为驱动电路。光感传感器是基于光敏电阻的，利用光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。光感传感器通过感应光照的强弱，从而进行窗帘的控制。先进行步进电动机的驱动设计，再进行光感传感器驱动的设计，就可以设计出窗帘控制模块。

3.4通讯模块

可以实现通话和短信通知的功能，当房间的红外监控模块发现异常的事情发生时，会通过GPRS模块，将异常发送到房主的手机上。通用分组无线服务技术（General Packet

RadioService）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM 的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。通过实际编写GPRS驱动，实现通讯模块。

3.5报警模块

当发现火警或者异常的事情发生，报警器会发出警告，同时通过GPRS模块，通知房主，房间发生异常。该模块使用烟雾传感器，通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，设计编写烟雾传感器的驱动，烟雾传感器监测到烟雾的浓度过高后，将会驱动报警器报火警。报警器是基于红外传感器的，当红外传感器感应到人体红外线，报警器上的LED灯就会不断闪烁，设计编写这个报警器的驱动，从而实现报警模块。

3.6RFID模块

刷卡识别是不是房主。RFID有标签、读卡器、天线等三个模块组成，它主要通过标签对应的唯一ID号识别标志物。RFID是一种简单的无线系统模块，只有两个基本器件，该模块用于控制、检测和跟踪物体。

4总结

本项目结合嵌入式技术，使用S3C2440和ARM-Linux系统构成智能家居控制系统，实现对各种室内信息的检测和控制；使用QT设计用户界面，方便用户对家居设备进行操作；使用TCP/IP协议通信；利用GPRS模块实现远程监控，使用户通过手机了解家中情况，并采取相应控制措施。