黃雨生

摘要：文章對家庭智能終端裝置的功能進行闡述，研究并設(shè)計了一款基于ARM微控制器的、Linux作為操作系統(tǒng)的智能化終端，給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的軟硬件解決方案，論證了未來家庭實現(xiàn)智能化的可行性。

關(guān)鍵詞：家庭智能終端；ARM；通訊模塊；嵌入式開發(fā)；智能控制

中圖分類號：TP273文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）11-0003-02

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，一方面由于實現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的控制需要，另一方面由于現(xiàn)代計算機技術(shù)、人工智能等學(xué)科的高速發(fā)展，使得控制科學(xué)進入了一個智能化的時代，智能控制作為一門獨立學(xué)科應(yīng)運而生。

人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類開始邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺的智能化社會，開始出現(xiàn)了諸如“智能化儀表、智能化機器人、智能化汽車”等具有不同智能程度的產(chǎn)品、設(shè)備、工具，并且呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的趨勢。家庭智能終端裝置是20世紀(jì)70年代后期開始出現(xiàn)的，80年代在許多國家興起，各種家庭智能終端裝置應(yīng)運而生。

家庭智能終端裝置是指將家庭內(nèi)部所有的設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端連接成一體，以實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、舒適、方便等指標(biāo)綜合平衡的家庭系統(tǒng)，它是計算機、通信及控制等相關(guān)技術(shù)與傳統(tǒng)家庭系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著全球信息化時代的到來，以往的家庭已不再滿足于高質(zhì)量的電器設(shè)備，而是逐步融入到信息社會中來。家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)已成為信息技術(shù)領(lǐng)域中一個跨世紀(jì)的研究熱點。家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)的普及將大大提高人們的生活水平和質(zhì)量。

一、家庭智能終端裝置的主要功能

使用家庭智能終端裝置最重要的目的就是為了保障居民人身和財產(chǎn)的安全。因此安防報警和可視化對講，是必須具有的功能模塊。

家居安防功能是通過外接報警傳感器探頭來實現(xiàn)的，報警器的種類主要有門磁、紅外柵窗、煙溫感、燃氣和水位傳感器。當(dāng)有警情發(fā)生的時候，傳感器發(fā)出報警信號，并將報警信號傳至智能終端，并由智能終端對報警信號進行記錄和判斷后上傳至門口機。家庭智能終端還在內(nèi)部安裝有一個撬殼開關(guān)，當(dāng)有人惡意破壞智能終端的時候，只要外殼被撬開就會立即發(fā)出報警信號。

可視對講功能使住戶在家里通過智能終端的顯示屏就可看到門口的狀況，看到訪客后再決定是否打開單元門鎖。這一功能使住戶避免在不知來訪者身份的情況下開門而產(chǎn)生的安全隱患，也使訪客不必費力解釋自己的身份，為住戶提供了更好的安全保障，也為訪客提供了方便。

住宅小區(qū)的管理員可以通過上位機可以向住戶家里的智能終端發(fā)布如天氣預(yù)報、繳費通知、設(shè)備檢修等重要的公共信息和個人信息。用戶也可以定制新聞發(fā)布業(yè)務(wù)，不必出屋即可知天下事。對于這些信息，用戶可以根據(jù)自己的需求，通過菜單提示進行信息的查看、讀取、刪除、清空等操作。

智能終端的家電控制功能則可以使用戶對家電進行集中操作。首先將各家電的開關(guān)線路集中到一個家電控制裝置中，住戶通過智能終端對這個家電控制裝置發(fā)布命令，從而達到控制家用電器的目的。有了這種功能，用戶在開車回家途中，用手機打個電話就可以提前打開家里的空調(diào)，讓榨汁機準(zhǔn)備一杯新鮮的果汁，再讓家庭音響準(zhǔn)備好最喜歡的音樂等。

高檔智能終端還可以具有留言的功能。當(dāng)住戶不在家而又有客人來訪的時候，通過留言功能，可簡單描述身份以及來訪的主要目的。此外，如果主人臨時有事而又暫時沒有聯(lián)絡(luò)的其他家庭成員的時候，可以在智能終端里給家人留下口訊。

隨著我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，寬帶網(wǎng)已經(jīng)進入了一般居民的住宅和小區(qū)，使家庭智能終端具有上網(wǎng)功能將成為其今后發(fā)展的一個趨勢。有了這一功能，即使身在千里之外，只要登陸到自己的家庭網(wǎng)站，用戶就可以對家庭的智能終端進行家電控制、查看消息和留言，甚至可以查看家庭安全防護系統(tǒng)的攝像記錄。

二、家庭智能終端裝置的硬件設(shè)計

（一）ARM微控制器介紹

此芯片作為整個家庭信息中心的主控制器，對整個家庭信息中心的數(shù)據(jù)進行處理，ARM（Advanced RISC Machines）是精簡指令集計算機（RISC），其設(shè)計實現(xiàn)了外型非常小但性能高的結(jié)構(gòu)。

ARM內(nèi)核分為ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等幾類。其中每一類又根據(jù)其各自包含的功能模塊而分成多種構(gòu)成。ARM是目前應(yīng)用很廣的嵌入式RISC處理器。T：表示Thumb，該內(nèi)核可從16位指令集擴充到32位ARM指令集。D：表示Debug，該內(nèi)核中放置了用于調(diào)試的結(jié)構(gòu)，通常它為一個邊界掃描鏈JTAG，可使CPU處在實時調(diào)試模式，從而可方便地進行斷點設(shè)置、單步調(diào)試。M：表示Multiplier，是8位乘法器。I：表示EmbedbediceLogic，用于實現(xiàn)斷點觀測及變量觀測的邏輯電路部分，其中的TAP控制器可接入到邊界掃描鏈。

ARM處理器結(jié)構(gòu)的簡單使ARM的內(nèi)核非常小，這樣使器件的功耗非常低。因此，在本設(shè)計中，采用了基于ARM體系結(jié)構(gòu)的32位微控制器。

（二）家庭智能化終端裝置的主要功能模塊

1．微控制器：它是家庭智能終端裝置的核心部分。微處理器將接收到的外部信號進行處理后發(fā)出數(shù)據(jù)或控制信號給芯片外部的各個模塊，使之進行相應(yīng)的操作。

目前在嵌入式開發(fā)應(yīng)用上，32位嵌入式RISC領(lǐng)域中，ARM體系結(jié)構(gòu)有著極大的影響力，并幾乎成為了事實上的標(biāo)準(zhǔn)。家庭智能終端裝置的功能較多，對微控制器資源（如GPIO、RAM和Flash等）的需求自然比較高。如果選用資源豐富的高端8位單片機產(chǎn)品如CygnalF020，其價格要比ARM芯片如LPC2214的價格高，而芯片資源不如LPC2214豐富，在運行速度上更無法與ARM芯片相比。而用于ARM內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)單片機開發(fā)工具也可以很方便地找到。

2．通信模塊：用來實現(xiàn)智能終端與門口機之間的通信，以及與家電控制裝置進行通信。

智能終端與家電控制模塊之間由數(shù)據(jù)通信線相連，當(dāng)用戶通過操作觸摸屏向智能終端發(fā)出各種指示，這些命令也按照通信協(xié)議發(fā)給家電控制裝置，并由家電控制裝置對家電進行控制。

3．音頻處理模塊：實現(xiàn)終端與門口機的對講。門口機的麥克和喇叭通過音頻總線與本單元內(nèi)每戶家里的智能終端的喇叭和麥克相連，當(dāng)門口機與終端接通后，家里的住戶即可與單元門口的訪客進行對講。

4．防區(qū)報警模塊：由微處理器對各防區(qū)（如柵窗、門磁、煙溫感、燃氣和防水）的報警信號進行識別，向用戶發(fā)出報警音，并通過通信模塊上傳至門口機，然后再由門口機傳給園區(qū)管理處。

由于煙溫感、燃氣和防水傳感器傳來的報警信號，產(chǎn)生的警情破壞力大，且誤報率低，一檢測到就立即上傳通知管理處。

5．視頻疊加模塊：在屏幕上顯示文字信息和門口機傳來的視頻圖像。這一部分主要用來實現(xiàn)在智能終端的液晶屏上顯示管理處發(fā)布的公共和個人信息。此外，由于終端采用觸摸屏操作方式，當(dāng)接通門口的視頻畫面后，需要在畫面疊加接聽、掛機等文字來提示用戶的下一步操作。

6．觸摸屏及按鍵掃描模塊：用戶只需根據(jù)終端屏幕上的提示點擊屏幕的相應(yīng)位置，就可以很方便地查看單元門口的景象，對上位機發(fā)來的信息進行查看、讀取、翻頁、刪除、清空等操作。

7．遠程家電控制模塊：用來實現(xiàn)用戶不在家時對家用電器的控制。用戶撥打家里的電話，智能終端接通后，用戶按照語音提示進行按鍵操作，智能終端根據(jù)用戶的要求向家電控制模塊發(fā)出命令，即可實現(xiàn)對家用電器進行遠程控制。