基于嵌入式arm9的智能家居遠程控制系統

摘 要：隨著時代的發展，科學技術的不斷進步，智能家居這一概念逐漸興起。本文提出基于arm9內核的三星S3C2440處理器，結合以Linux系統，Internet技術，在智能家居控制系統器上實現了嵌入式Web服務器、CGI腳本服務體系及后臺控制系統，讓用戶能夠在任何可以接入以太網的地方使用用戶名和密碼登錄系統操作系統，實現智能家居的相應功能的智能家居遠程控制服務器。

關鍵詞：智能家居；Linux系統；arm9；以太網

中圖分類號：TP273.5

隨著計算機與嵌入式技術的生活化，各種智能化、信息化的消費電子產品不斷涌現。這些家用電器在方便人們的生活，提高人們的生活質量的同時，也提出了一個問題，如何對家庭中越來越多的信息家電進行有效的控制。智能家居是由歐美等發達國家提出的一種概念，旨在將家庭中離散的信息設備連接到一個家庭智能化系統上進行集中的或異地的監視控制和家庭事務的管理。隨著網絡技術和通信技術的不斷發展和人們對生活要求的不斷提高，實現家庭智能遠程控制成為一種趨勢，追求精神內涵、安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標。為此，本文提出了一種基于arm9處理器S3C2440的智能家居遠程控制系統的設計方法。

1 系統設計

本系統通過多個不同的模塊，包括處理器模塊、顯示模塊、存儲模塊、家電控制模塊、安防控制模塊、攝像頭模塊、GPRS模塊、藍牙模塊以及以太網接口等[1]。通過這些模塊，系統實現了以下與智能家居相關的功能：

（1）家居監控。系統可使用戶實時查看家中的溫濕度、PM2.5等環境指數。當這些環境指數超出設定的閾值時，系統通過GPRS模塊，向用戶手機發出短信報警。

（2）遠程控制。系統通過家電控制模塊，可以讓用戶對家中的一些家具電器進行控制。

（3）安防功能?？稍诰W絡頁面上開啟視頻監控功能，進行實時視頻監控，并實現視頻存儲及移動監測報警，達到安防作用。

（4）門禁功能?？梢詥⒂肦FID門禁功能作為輔助工具，實現家居的門禁效果。

系統硬件框圖如圖1所示。

由于篇幅有限，接下來介紹主要功能模塊。

1.1 主處理器模塊

該模塊是整個系統的核心，完成所以接口的調度和事件的處理。主模塊選用三星公司開發的一款基于arm920t內核和0.18umCMOS工藝的16/32位RISC微處理器，主頻可達500多MHz。具有成本低，功耗低，性能高，接口眾多，且其穩定性于可靠性經多年市場的實踐，方案成熟，技術支持好。眾多的接口令其能輕松完美地驅動系統的各項外設，較高的主頻及優秀的CPU及豐富的RAM能令其完美的運行linux系統，完成整體系統的要求。

1.2 通信模

本系統采用以太網接口，GPRS模塊，Zigbee模塊，藍牙模塊等方式與外界通信。

以太網接口選用DM9000A芯片，與主處理器以16位總線接口相連，可根據需要以單工或全雙工模式運行。通過其內部操作時序，可實現系統與以太網的相接。[2-3]

GPRS模塊、zigbee模塊和藍牙模塊則采用市場上較為成熟的sim900a，cc2530，cc2540等解決方案。這些方案久經市場考驗，極為成熟。

1.3 家居外設

本系統采用多項智能家居的外設，如家居控制，環境監控，視頻監控等模塊。外設與處理器通過can總線，spi總線，USB接口等方式通信[4]。

家居控制模塊包括電燈，窗簾，空調等的控制。電燈由繼電器控制，服務器記錄狀態；為了最小程度改變空調結構，系統通過架設紅外發射管模擬遙控器。窗簾通過步進電機所轉過的角度來控制開閉程度。

環境監控模塊則由一系列的傳感器構成，如PM2.5傳感器，溫濕度傳感器等。數據一方面上傳服務器，可供用戶登錄查看。另一方面通過閾值監控報警功能，實現安防作用。

視頻監控模塊采用專用的帶USB接口的集成攝像頭模塊。主機接上大容量的sd卡，能夠在用戶需要時儲存特定時間段的視頻，便于日后查看。

2 系統軟件設計

整個系統由引導裝載程序（U-Boot），設備驅動，嵌入式linux內核以及應用程序組成。這也符合一般嵌入式系統的軟件構成[5-6]。

其中，操作系統使用Linux2.6系統內核，應用程序主要包括二個部分：一是是智能家居系統的主應用程序；二是以太網與圖形應用界面。

第一部分的主要功能的實現，主要是應用程序的編寫，程序流程圖如圖2所示。

第二部分是圖形界面的相關設計。本系統采用qt3軟件進行具體界面的設計與移植。

本設計中，先設置好主窗口，在主窗口上添加與控制主題相關的按鈕圖片。在用戶按下按鈕時，顯示相應界面。在各個外設的界面上，同樣用按鈕表示相應的操作。這些功能通過qt3的添加控件可以實現。

3 整機效果

在實驗室智能家居實驗房間內裝備相應的系統，通過手機登陸網絡，連接服務器ip地址后，通過用戶名與密碼登陸系統，能夠完成相應的操作，并在環境參數超過閾值的時候發送手機短信報警。

4 結束語

通過實驗室中的模擬家居環境測試，各項家居外設控制正常，各項監控安防裝置能夠正常工作，用戶能夠通過以太網對系統進行智能操控，達到了初期的設計目標。測試結果表明，該系統設計合理，可靠性強，成本低，可操作性好，適合大面積推廣。

參考文獻：

[1]戴剛，高洋，陳煌華.基于ARM的智能家居遠程控制系統的硬件設計[J].世界電子元器件，2007（08）.

[2]嚴厲平.嵌入式智能家庭網關的研究與設計[J].微計算機信息，2005（02）：14-16.

[3]劉霞輝，段承先.基于TCP/IP協議的網絡家電控制器[J].機械工程與自動化，2009（02）：170-172.

[4]徐鋒，劉欣，方加寶.智能家居遠程控制系統設計[J].低壓電器，2009（04）：21-24.

[5]孫弋.基于S3C2440的嵌入式Linux開發實例[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[6]（英）馬修.Linux程序設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡介：林昊然（1994.07-），男，本科在讀，研究方向：電子電路。

作者單位：中國計量學院，杭州 310018

基金項目：2014年浙江省大學生科技創新活動計劃（新苗人才計劃）項目《基于嵌入式arm9的智能家居遠程控制系統》。