智能家庭网关的嵌入式软件设计与实现

摘要

随着全球自然资源的不断减少和环境压力的日益增大，社会对节能减排、保护环境以及可持续性发展的要求越来越高，发展智能电网来缓解日益凸显的能源短缺与环境问题已成为一种重要的解决方案。智能用电作为建设坚强智能电网的重要一环，体现了电力工业本质的思路已逐渐从“如何供应”转变到“如何使用”。在用电侧节能减排，尽可能提高不同设备的能源利用效率，同时提高供电服务质量，成为我国在内的世界各国进行智能用电建设的主要策略。基于能耗管理的智能家居系统应运而生，其中，智能家庭网关作为核心设备，一方面将家庭内部的智能家电设备、安防设备有机的组织在一起进行统一管理与控制，另一方面应用网络技术实现对智能家电的远程控制。这样，不仅给用户提供了更加安全和便捷的居住环境，而且可以引导用户错峰使用大功率用电设备，为降低电力负荷起到了很大作用。
　　综合考虑智能家居及职能家庭网关相关技术的研究现状和发展趋势，并结合人们的生活需求，本文提出一种基于能耗管理的智能家居系统并对其中智能家庭网关的设计与实现进行了详细阐述。文章中指出智能家庭网关是家庭内部网络与外部服务器及Internet交互的关键设备，其硬件平台选用ARM系列产品LPC3240作为主芯片；以太网物理层芯片选用功耗低、体积小、波形稳定且成本低的KSZ8041NL，网关与服务器之间的通信采用自定义的明文协议；智能控制模块完成与底层设备的交互，包括智能插座控制器、智能家电控制器和无线安防控制器，其内部均包含有支持RF433MHz自定义协议的芯片CC1101，利用射频技术实现家庭内部无线设备组网和数据传输。网关的嵌入式软件开发采用Linux系统下 Eclipse开发工具，软件架构采用多任务、单进程、多线程的方案，主进程服务中包括socket通信线程、命令解析线程、即时任务处理线程、串口通信线程、闹钟计时任务线程，文章对本方案中各服务的设计与实现进行了详尽的介绍并展示了其程序流程图。最后通过对网关进行黑盒测试，验证其功能均可顺利实现，完全满足需求分析中提到的功能。除此之外，通过对本系统在样板间使用时的能耗状态进行测试和记录，证明采用此套智能家居方案确实可以实现用电侧的能耗减少，也说明能耗管理与智能家居的结合对智能用电有重大意义。

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第1章 绪论

1.1选题背景及其意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3论文的研究内容和结构安排

第2章 系统总体方案设计与硬件环境

2.1系统总体方案

2.2智能家庭网关的硬件设计

2.3小结

第3章 通信协议设计

3.1自定义协议概述

3.2网关与服务器间通信协议设计

3.3网关与底层设备间通信协议

3.4协议流程

3.5小结

第4章 嵌入式软件设计

4.1嵌入式技术

4.2网关软件设计

4.3小结

第5章 网关软件测试

5.1测试方案

5.2测试环境及使用工具

5.3测试及结果展示

5.4 小结

第6章 总结及展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢