嵌入式系统 课程小论文设计

物理与电子工程学院

《嵌入式系统设计》

课程小论文

课题题目嵌入式系统在智能家居中的应用系别物电学院

年级电信Y091

专业电子信息工程

学号Y10109139

学生吴晓婷

日期2012/10/8

第一章智能家居的概述 (1)

第二章嵌入式系统的概述 (2)

第三章嵌入式系统在智能家居中的应用 (3)

第四章总结 (7)

摘要：最近几年，嵌入式系统在智能家居的应用越来越广泛，我在这里简单介绍了智能家居及嵌入式系统的概述，主要通过一些实例介绍了嵌入式系统在智能家居中的一些应用。

第一章智能家居的概述

随着社会经济和科技的发展，人们对生活的要求越来越高，越来越多的人希望在辛苦工作回到家后能够过上安逸舒适的家居生活，缓解一天下来的疲乏。于是智能家居也渐渐的发展了起来。智能家居利用先进的技术，通信等把智能与家居结合起来，是一个有巨大发展前景的项目。

智能家居是一个多功能的系统，它的基本目标是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家用安防等装置连接到一个智能化系统上进行集中或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。智能家居包括可视对讲、家庭部的安全防、家电控制、远程的视频监控、远程医疗诊断及护理系统、网上教育系统、家庭的影音系统等。

智能家居通过单片机和嵌入式系统的有效结合来控制软件程序，大大增加了智能家居的性能和功能。

第二章嵌入式系统的概述

国普遍接受的嵌入式系统的定义为：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

该定义更能体现嵌入式系统的基本特征。首先该定义突出了嵌入式系统是面向应用的，与具体的应用结合才能体现嵌入式系统存在的必要性，不同的嵌入式系统具有不同的功能和要求。开发者一定要针对具体的应用要求设计嵌入式系统。

嵌入式系统由硬件和软件两大类组成, 是嵌入式系统的核心，负责控制整个嵌入式系统的执行。嵌入式CPU大多在为特定用户群所专门设计的系统中工作，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片部，从而实现嵌入式系统的小型化，使系统具有高效率和可靠性。嵌入式微处理器具有对实时多任务有很强的支持能力；具有功能很强的存储区保护能力；可扩展的处理器结构，以满足快速地开发出满足应用需要的最高性能的嵌入式微处理器；功耗低等特点。

第三章嵌入式系统在智能家居中的应用

（1）智能家居最典型的就是家庭自动化（HomeAutomation）和楼宇自动化（uildingAutomation）。

①家庭自动化系统可分为以下系统：

照明控制系统：提供灯光的调光、场景控制；

家居安防系统：通过各种传感器与安防模式，实现防盗、防灾与求助；

电器控制系统：包括红外家电控制、连接网络家电等功能；

环境控制系统：对窗帘、通风设备、采暖设备、空调器等进行统一管理；

互联网远程监控：经由网页浏览器，远程控制家庭设备；

远程控制：通过、手机，随时随地控制家中设备；

网络视频监控：通过浏览器，在办公室就可以看到家中的情景；

智能化协同工作：设备之间可以设计联动操作，实现协同效果；

室无线遥控：通过无线射频、红外遥控等手段。对家用设备迸行遥控。

家庭自动化系统是在嵌入式系统的基础下发展的，通过嵌入式系统技术可以实现家中的各种设备通过家庭网络连接到一起的高度智能化的家庭自动化系统。智能家居让我们用更方便的手段来管理和控制家庭设备，给我们带来最大程度的高效、便利、舒适和安全的生活环境。

②楼宇设备自动化的发展历史要更久远，其主要应用是在大楼、小区。它将各类传感

器、照明系统、通风供热空气调节系统、供电系统、供水系统、消防报警系统以及安全门禁系统组成一个整体．各系统独立运行，集中监控。它关心的是使上述的各个系统能安全有效的运行，实现的是功能级集成。

（2）智能家居最主要表现在家庭智能控制系统中。家庭智能控制系统的主要目标是将原来分散独立的电器、安防装置通过HBS总线技术，集成为一个智能化系统，进行集中或分布的、本地或异地的监视、控制和事务管理。它是一个有线连接的总线型系统。

通过计算机网关可同时接入多个子系统，每个予系统是一个总线型网络拓扑结构，系统中任何设备都连接到总线上。

家庭智能控制系统是一个基于编址技术的总线系统，系统中控制类和驱动类模块都有一个遗址，它们之间的控制关系也是由地址决定的。通过手持编址器，用户可以方便的给控制类或者驱动类模块的地址进行编程，从而实现控制器对驱动器的一控一、一控多、多控一、联动等关系。而这种控制关系可以在系统运行对在线改变，整个系统结构具有极大的灵活性，能满足用户多方面的需要。

（3）嵌入式系统也应用在家庭网络中。嵌入式系统通过采用片上系统SoC(System

On-a-Chip)技术来实现家庭网络平台。片上系统SoC是一种高集成度、高速度、低功耗、低价位的半导体技术，它在3C的整合中发挥着显著的作用。家电产品对低功耗、低价位的需求，以及其变化快的特点决定了在家电产品中采用SoC技术进行产品开发的必然趋势。

针对家庭网络对家电实现信息传输、状态读取和控制的要求，SoC平台包括了嵌入式微处理器、数据存储器、多种网络接口(无线、有线、电源线等)、非挥发存储器、数模/模数转换接口及其它类型的外设接口和驱动器；它支持嵌入式操作系统、通讯协议和浏览器；可根据需要进行重构和再配置。对于一个家庭网络控制SoC平台，必须综合考虑网络协议、控制对象、高可靠性、多介质兼容性以及高性价比。作为整体数字家庭网络的一个重要组成部分，家庭网络对其SoC提出了更加苛刻的要求。

家电控制中主要是开关量和模拟量，因此，我们设计的SoC平台提供了四个8位的通用输入输出口；并设计了可编程控制阵列PCA、ADC、SPI、12C、LCD等接口来满足家电产品中控制和指示功能的实现。

由家电联网控制功能组成的家庭网络，是一个轻负载的控制网络。它从成本和功能方面考虑，家庭网络SoC平台的核采用8位的MCU。

SOC不仅是未来集成电路必然的设计趋势，也将是未来3C整合科技的关键技术。

（4）在嵌入式系统中，可以采用嵌入式多任务实时操作系统μC/OS-Ⅱ，它具有简洁高效、易于移植、可裁剪等特点。它可以管理最多63个任务，且提供良好的任务控制API 使得用户可灵活简便的控制各个任务的运行。通过这个程序可以对智能家居中的各部分进行模块化的设计。包括远程控制模块、安防报警模块、环境控制模块、信息家电模块。其中，安防报警模块的优先级是最高的，其次是环境控制模块，然后才是远程控制模块和信息家电模块。对这些模块，μC/OS-Ⅱ操作系统设计了相应的独立任务