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基于ARM_Linux的智能家居网络终端的设计与实现.pdf

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基于 ARM_LINUX 智能家居 网络 终端 设计 实现
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Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术本栏目责任编辑 :谢媛媛软件设计开发第 6 卷第 7 期 (2010 年 3 月 )基于 ARM-Linux 的智能家居网络终端的设计与实现金 鑫1,2(1. 武汉大学 计算机学院 ,湖北 武汉 430074;2.武汉职业技术学院 计算机技术与软件工程学院 ,湖北 武汉 430074)摘要 : 随着科技的不断进步 , 智能家居逐渐成为可能 , 而智能家居网络终端则是智能家居的关键 。 该文提出一种新的基于 ARM-Linux 的智能家居网络终端设计方案 ,首先先简要介绍了基于 ARM-Linux 平台的智能化家居设计方案 ,重点对基于 ARM-Linux平台的智能家居网络终端的硬件组成及软件设计进行了详细的阐述 。关键词 :智能家居 ;智能终端 ;ARM-Linux;GPRS中图分类号 :TP18 文献标识码 :A 文章编号 :1009-3044(2010)07-1612-02Design and Realization of Intelligent Home Network Terminal Based on ARM-LinuxJIN Xin1,2(1.Department of Computer Science, Wuhan University, Wuhan 430074, China; 2.Department of Computer Technology and Application,Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China)Abstract: With the development of science and technology, Intelligent home becomes possible, and the intelligent home network terminalis the key technique for it. A new design methods of intelligent home network terminal based on ARM-Linux is proposed, This paperintroduced the design methods of intelligent terminal, and placed its importance on the hardware design and software design of IntelligentTerminal.Key words: intelligent home; network terminal; ARM-Linux; GPRS随着国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高 ,人们对居住房子的舒适性及安全性要求也提升到了更高的档次 。 别墅或复式豪宅等高档住宅成为越来越多高收入人群和追求高尚居住人群的居家首选 ,超大的住宅空间 ,优雅美丽的居住环境 ,给人们带来了高品质的生活享受 。 但是 ,这类高尚豪华的富人住宅社区 ,也成为了盗窃 、抢劫等罪犯分子下手的目标 。智能家居安全监控系统应运而生 ,网络通讯和图像处理技术为实现家庭安居监控系统提供高效可行而且价格低廉的解决方案 。通过在家中设置好预先监控点 ,在世界任何地方 ,都可以通过网络或直接通过手机 ,就可随时随地了解自己家庭概况 ,确保安全 。1 系统总体设计经过调研 ,确定本系统要实现的主要功能如下 :1) 通过网关与互联网连接 ,用户可以通过互联网远程访问该系统 ,实现基于 Web 的系统控制 ;2) 通过红外接收器 ,实现遥控系统 ;3) 采用无线方式控制各家电 (包括日光灯 ,空调 ,电脑 ,电视机等 )的电源开关或监测家电运行状态 ;4) 烟雾探测器探测到烟雾时 ,系统将自动切断家居中的电源 ,并发出火警提示 ;煤气探测器探测到煤气时 ,系统将自动切断家具中的气源 ,并且发出报警信号 ;5)红外探头探测到家中有人走动 ,就会自动报警 ,并通过蜂鸣器和语音实现本地报警 ,同时将报警信息传到物业保安中心 ,还可以自动拨号到主人的手机或发送短信到指定的手机 ;6) 三表远传 :水 、电 、气表的远程自动抄收计费是智能物业管理的一个重要部分 ,它解决了入户抄表的低效率 、干扰性和不安全因素 ;7) 物业报修 : 通过家庭智能终端可以向物业管理部门申请维修 、预订等指定社区服务 ;根据系统功能画出系统结构图如图 1 所示 。2 硬件设计智能家居网络终端是整个系统的核心部分 ,网络终端一端连接在Internet 上 ,另一端连接在家庭内的控制总线上 。它可以提供三表传送 、安防报警 、紧急求助 、网络远程控制等功能 ,硬件结构图如图 2 所示 。各部分及其模块的功能介绍如下 :1)控制器部分 ,本系统处理器选择了 SAMSUNG 公司推出的 16/32位 RISC 处理器 S3C44B0,该处理器为低功耗的 32 位 RISC 处理器 ,内收稿日期 :2010-01-02作者简介 :金鑫 (1982-),女 ,湖北荆门人 ,助教 ,研究生在读 ,研究方向为计算机应用技术 。图 1 系统结构图ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术Vol.6,No.7,March 2010, pp.1612-1613,1618E-mail: [email protected]://www.dnzs.net.cnTel:+86-551-5690963 56909641612Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术软件设计开发本栏目责任编辑 :谢媛媛第 6 卷第 7 期 (2010 年 3 月 )带一个 ARM7TDMI 核 ,适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用 。 主频最高可达 66MIPS,高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用 。 为了降低成本 ,S3C44B0 提供了丰富的内置部件 ,包括 :8KB Cache 和内部 SRAM,LCD 控制器 , 带自动握手的 2 通道 UART,4 通道 DMA,系统管理器 (片选逻辑 ,SDRAM 控制器 ),带 PMW 功能的 5 通道定时器和一个内部定时器 ,I/O 端口 ,RTC,8 通道 10 位 ADC,IIC 总线接口 ,IIS 总线接口 , 同步 SIO 接口和PLL 陪频器 。2)Flash 存储器部分 ,本文所采用 Samsung 生产的 64M NAND Flash 存储器芯片 K9F1208 作为存储介质来构建 8 位数据宽度的FLASH 存储器系统 。3)SDRAM 存储器部分 ,选用 K4S561632C-TC75 芯片 ,该芯片存储容量为 16M*16 位 (32M 字节 ),数据宽度为 16 位 ,常见封装为54 脚 TSOP,频率为 133MHz,支持自刷新和自动刷新 。4)以太网控制器部分 ,主要是 RTL8019AS、耦合变压器 、RJ45 插座 、20MHz 晶体 ;5)GPRS 网络采用 Sony Ericsson 公司 GR47 模块进行通信 ,GR47 支持双频 GSM 宽带 900MHz/1800MHz,可通过 SMS 短消息服务 、CSD、HSCSD 或 GPRS 来发送或接收资料 ,并可处理语音及传真 。6)家庭控制网络连接部分 ,由 MAXIM 公司的 MAX487、RJ11 插座构成 。7)USB 摄像头 ,选用 ANC 5888, Linux 内核支持该摄像头芯片 ,USB 接口支持 1.1/2.0。8)红外收发器 ,选用市场上较为常用的 Zifog 公司的 ZHX1010,该器件结构简单 ,可以直接与 S3C44B0 处理器的 UART2 端口连接操作 ,不需要额外的驱动器件 ,应用比较方便 。9)射频模块选用爱立信公司的 R0KIO1008,该器件集成了射频单元和基带控制器 ,提供多种 HCI 传输层接口 ,并提供用于使用的接口电路板和天线 ,在应用上非常方便 。10)电话接口选用了 HOLTEK(盛群 )公司生产的专用 DTMF 发生集成电路 HT92OOA,HT92OOA 是使用一个数据输入端和一个同步时钟形成一个 5 位代码来发送 DTMF 信号的 ,含有 5 位数据的输入数据串可选择要发送的电话号码的每个数字 。11)JTAG 接口 :本系统采用的是标准 14 针 JTAG 接口 ,支持 ARM7 全系列处理器 ,支持 STD,并口连接 ,支持网络调试功能 。12)电源部分 ,由一片 7805 提供 5V 的直流电压 。3 系统软件设计3.1 操作系统选择本文选择 μClinux 操作系统作为软件开发平台 ,μClinux 最大的特点就是源代码公开而且遵循 GPL 协议 ,它主要是针对目标处理器没有存储管理单元 MMU 的嵌入式系统而设计的 。所用的 uClinux 的源代码包是在 EDA 网站下载的 ,是专门针对 S3C44B0X 芯片的硬件环境制作的 ,已经初步裁减和压缩 ,把代码解压缩到宿主机上 ,它会把全部的文件解压缩到 uClinux-dist 的目录下 ,其内核是 linux2.4.x。3.2 软件结构及流程网络终端软件的设计 ,采用了模块化设计的思想 ,把整个网络终端软件功能进行模块化细分 ,各模块之间功能相互独立 ,其中 ,主程序是整个控制系统的软件核心 ,通过主程序有机的调用系统中各类的子程序及模块 ,形成一个联系紧密的整体 ,有条不紊的完成各项预定的操作指令 。主程序流程如下 :系统上电或复位后 ,由 Boot loader 程序引导 μClinux 操作系统运行 ,系统首先通过各设备的驱动程序对各个硬件设备初始化 ;然后进入正常的控制循环 ,使系统按照设定的参数和标志位工作 ;然后 ,启动 RS485 总线开始对家用设备进行论询 ,根据从机提交的异常报告 ,经过数据处理程序 ,根据相应的报告选择合适的报警信息 ,一方面通过主机上的蜂鸣器发出报警声 ,另一方面将报警信息提交给系统 ,系统调用 GPRS 无线通讯模块和自动拨号模块 ,以短信的方式或拨号形式将报警信息发给指定的手机或小灵通 ;同时 ,控制器不断查询 GPRS 模块和网络传输模块 ,当接收到用户发来的短信 ,调用数据处理程序 ,找出从机的地址 ,并将该信息命令转换为相应的 RS485 通信协议帧 ,调用主机 RS485 通讯程序向指定从机发送控制 /查询命令 。 由于篇幅有限 ,本文主要介绍 GPRS 通信模块的设计 。3.3 GPRS 通信模块的设计GR47 模块共提供了三个串口供用户使用 ,本系统使用 UART1,用户可以通过该串口向 GR47 模块发送 AT 命令来对其进行控制和状态查询 ,也可以通过该串口来实现数据的发送和接收及流量控制 。 GR47 还提供了一个标准的 SIM 卡接口 ,用户可以通过该接口直接和 3V 或 5V 的 SIM 卡进行连接 ,而 GR47 会对其自动识别并进行读写操作 。网络传输 GPRS 模块 GR47 有两种工作状态 ,指令状态和数据状态 。通过 UART 与 GR47 模块的 UART 通信 ,送相关 AT 指令到GR47 模块 ,以控制 GR47 模块与 Internet 的连接 。 如下建立 GR47 模块与 Internet 连接的步骤 :1)为 GPRS 模块开通 TCP/IP 服务 。 发送指令 “AT+CGDCON T=1,IP,“CMNET“”,正常情况下返回 “OK”。2)为 GPRS 模块分得固定虚拟 IP 地址 。 发送指令 “AT*E2IPA=1,1”,正常情况下返回 “OK”。3)查看 GPRS 模块分得的 IP 地址 。 发送指令 “AT*E2IPI=0”,正常情况下返回 IP 地址 。4)通过 TCP 连接后台数据接收服务器 。 发送指令 “AT*E2IPO=1,“xxx.xxx.xxx.xxx“,xxxx”,连接后返回 “CONNECT”。 如果返回的信息是 “ERROR”,则必须重新发送相关指令 。 一旦 GR47 设置完成 ,仪表就可以通过 GPRS 网络进行远程数据传输了 。(下转第 1618 页 )图 2 系统硬件组成图1613Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术本栏目责任编辑 :谢媛媛软件设计开发第 6 卷第 7 期 (2010 年 3 月 )(上接第 1613 页 )4 结束语本系统采用嵌入式控制技术 ,集电子 、通讯 、感探测 、计算机于一体的智能化 、多功能的新一代智能家居终端精品 。 系统采用嵌入式的 μClinux 操作系统和 ARM 硬件平台 ,支持以太网通信 、GPRS 通信 、蓝牙通信和 RS485 通信 ,具有低成本 、高适应性 、高稳定性 、易操作性等优点 ,适合于家庭住宅区 、楼盘别墅 、厂房 、商场 、仓库 、财务室 、写字楼等需要防止他人非法入侵 、防火 、防有害气体泄露 、需紧急求助的场所 ,不管您身在何处 ,您都可以知道家中的突发事件 ,便于及时采取措施 。参考文献 :[1] 周洪 .智能家居控制系统 [M].北京 :中国电力出版社 ,2006.[2] 黄涛 .嵌入式无线互连系统开发从实践到提高 [M].北京 :中国电力出版社 ,2007.[4] 周立功 .ARM 嵌入式系统基础教程 [M].北京 :北京航空航天大学出版社 ,2008.[5] 杨水清 .ARM 嵌入式 Linux 系统开发技术详解 [M].北京 :电子工业出版社 ,2008.3)使用 ADO.NET 访问数据库 。访问 SQL Server 数据库 ,.NET 提供了一套专用类的集合 。如用 DataAdapter 将数据下载并不用维持与数据库的连接 ,是一种比较节省计算机资源的方案 。 例如 :st_sqlstr=〝 select * from st_info_table where st_info_table_xh=ˊ 〞 +st_tbx.text+ ˊ 〞〞 ;SqlDataAdapter st_adp=new SqlDataAdapter(st_sqlstr,st_conn);DataSet st_ds=new dataset();st_adp.fill(st_ds);//指定数据源//数据绑定5 系统设计特点1)使用方便 ,操作简单 :本系统根据成人高等教育特点 ,不同级别的用户响应不同的信息服务 , 满足了广大合法用户在不同地点的需求 ,使用方便 ,操作简单 。2)性能稳定 ,安全可靠 :本系统将一部分功能采用 C/S 模式 ,有效地解决了 Web 服务器过载 ,对于 B/S 模式设计部分将关键代码进行了封装保护 , 提高了系统的安全性 , 实现了代码的重用 ,对于用户管理采用自行研发的身份认证体制[3]。 通过运行 ,整体性能稳定 ,安全可靠 。3)适用性强 ,易扩充 :本系统采用流行和标准的网络技术 , 既能满足当前管理的需求 ,又为今后的扩充留有空间 ,大大地提高了系统的可移植性 。4)实现了信息网络化和信息共享 :本系统建立了信息网络化 ,所有信息能够在计算机网络上实现收集 、整理 、传递 、发布 ,并用数据库管理 ,实现信息共享 。5)提高了工作效率 ,节约了办学成本 :本系统改变了传统的工作方式 ,创建一种新的信息交流平台 ,进而促进管理模式的改变 ,大大减轻管理人员的工作负担 ,提高了工作效率 ,节约了办学成本 。6 结束语经过实践证明 , 采用 C/S、B/S 相结合的模式实现成人高等教育学籍管理系统是比较合理的 , 它适合成人高等教育学籍管理特点 ,极大程度上优化了传统的管理手段和模式 ,大大地减轻了管理人员的劳动 ,满足了广大师生和函授站点的需要 。 随着本系统的推广和使用 ,必将有助于我们成人教育事业的进一步发展 。参考文献 :[1] 赵志升 ,李桂权 .一种基于 C/S 结构与 B/S 结构结合的新体系结构 [J].电子技术应用 ,2004(8).[2] 肖杰 ,李建民 ,刘斌 ,等 .结合 B/S 模式和 C/S 模式的商业信息系统的设计与实现 [J].计算机与现代化 ,2004(12).[3] 吕延岗 ,张红瑞 ,刘迎春 ,等 .基于 C/S 和 B/S 混合模式的身份识别系统的设计与实现 [J].计算机与数字工程 ,2008(8).[4] 张树亮 ,李超 .ASP.NET2.0+ SQL Server 网络应用系统开发案例精解 [M].北京 :清华大学出版社 ,2006.[5] 周力 ,付兴宏 .SQL Server2000 实用教程 [M].2 版 .大连 :大连理工大学出版社 ,2008.[6] 郭兴成 .Powerbuilder8 教程 [M].北京 :北京希望电子出版社 ,2003.1618
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