基于嵌入式平台的智能家居系统的设计与实现

摘要

随着经济和科技的发展，人们更加期待一个舒适、环保、安全、便利和智能的家居生活环境。智能家居系统是利用计算机技术、嵌入式技术、无线传感器技术、网络通信技术、自动控制技术以及安全防范技术等将与家居生活有关的设备连接在一起，实现远程监控家庭日程事务，家电控制、安防控制、照明控制、环境监测、多媒体娱乐、网络连接等功能于一体，提供全方位的信息交互功能，优化了人们的生活方式，也增加了家居生活的安全性同时也有利于节能环保。智能家居系统在关国、欧洲等发达国家起步比较早，技术也相对成熟，国内的起步比较迟，但发展非常迅速，有着很大的潜在市场，因此，对于智能家居系统的研究有很重要的意义。
　　本课题设计并实现了一种基于嵌入式平台的智能家居系统，该系统以一个高性能的嵌入式ARM9处理器为核心，配以系统所需的外围模块、Zigbee模块以及GPRS模块，通过运行在其上的Linux多任务实时操作系统和Zigbee协议栈以及各种应用软件，实现对家庭内部网络家居设备的管理和控制，并且通过Internet网络接口和GPRS网络接口，可以实现对家居设备的远程监控。
　　本课题主要研究内容如下:
　　(1)研究了ARM9处理器以及所需的外围设备构建的嵌入式系统。在此硬件基础上进行了Linux操作系统、Linux根文件系统、Web服务器以及嵌入式数据库的移植。
　　(2)研究了Zigbee无线网络，设计Zigbee协调器和Zigbee终端节点的硬件和软件部分，利用Zigbee无线网络建立了家居内部网络系统，实现了Zigbee网络在智能家居中的应用。
　　(3)研究了嵌入式Web服务器Boa、通用网关程序CGI和嵌入式数据库SQLite的原理，并在此基础上结合嵌入式系统的相关技术完成了嵌入式家庭网关的设计，实现了对家庭内部设备的远程监控。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 智能家居国内外发展现状

1．3 传统智能家居系统特点及不足

1．4 课题研究的意义和内容

1．5 本章小结

2 智能家居系统的总体结构

2．1 智能家居系统的简介

2．2 智能家居系统总体设计

2．3 本章小结

3 智能家居系统硬件设计

3．1 家庭网关硬件设计

3．1．1 电源电路设计

3．1．2 系统复位电路

3．1．3 系统时钟电路

3．1．4 串口通信电路

3．1．5 USB接口电路

3．1．6 以太网卡接口电路

3．1．7 GPRS接口电路设计

3．2 ZigBee协调器的硬件设计

3．2．1 无线收发芯片CC2530的介绍

3．2．2 相关硬件电路设计

3．3 终端节点的硬件设计

3．3．1 电源电路

3．3．2 温度传感器电路

3．3．3 节点电路总体设计

3．4 本章小结

4 智能家居系统软件设计

4．1 ARM嵌入式Linux环境搭建

4．1．1 建立交叉编译环境

4．1．2 U-boot移植

4．1．3 内核修改与配置

4．1．4 Linux文件系统建立

4．2 嵌入式Web服务器简介

4．2．1 嵌入式Web服务器选择

4．2．2 Boa服务器介绍

4．3 嵌入式Web服务器的建立

4．4 Boa服务器中的CGI程序设计

4．5 移植CGIC库

4．5．1 设置环境变量

4．5．2 配置编译条件

4．5．3 编译并优化CGIC库

4．5．4 CGIC程序测试举例

4．6 嵌入式数据库SQLite

4．6．1 SQLite介绍

4．6．2 SQLite移植

4．7 本章小结

5 系统性能测试

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望下一步研究工作

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果