李雙領(lǐng) 王晨

摘 要：本文介紹了嵌入式技術(shù)和智能家居系統(tǒng)的概念，并主要探索了基于基于TinyOS技術(shù)、基于Zigbee技術(shù)和基于Wi-Fi技術(shù)的嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù) 智能家居 控制系統(tǒng)

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科技的長足發(fā)展，人們對生活的便捷性要求越來越高，智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了快速的發(fā)展。

1 嵌入式的概念

上世紀(jì)七八十年代，嵌入式系統(tǒng)的概念首先在美國出現(xiàn)，這是一種綜合了微電子、傳感器、半導(dǎo)體、通信和計(jì)算機(jī)等功能的技術(shù)。近年來，微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)迅猛發(fā)展，同樣也帶動(dòng)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展。嵌入式技術(shù)的發(fā)展決定了其應(yīng)用的范圍越來越廣，應(yīng)用的形式也越來越多樣化。

2 智能家居系統(tǒng)簡介

所謂智能家居是指：借助智能化和人性化的管理系統(tǒng)，營造一個(gè)便捷、安全、健康、舒適、節(jié)能、環(huán)保的生活環(huán)境。智能家居系統(tǒng)的運(yùn)行要得以保障，離不開系統(tǒng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)等，因此將包含這些技術(shù)的嵌入式技術(shù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，對于智能家居系統(tǒng)的發(fā)展和完善具有重要意義。

3 嵌入式技術(shù)的應(yīng)用

3.1 基于TinyOS技術(shù)的嵌入式技術(shù)

TinyOS技術(shù)是源于Aavid Culler為無線傳感網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種嵌入式系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的開發(fā)采用的編程基礎(chǔ)是NesC語言。TinyOS技術(shù)建立的基礎(chǔ)是各組件以一定的方式形成架構(gòu)，它能夠以很短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)所有的應(yīng)用，而且由于其設(shè)計(jì)采用模塊化，保證了它具有核心小的特點(diǎn)。即使是傳感器資源較少時(shí)，其使用也不會(huì)受到限制，因此TinyOS技術(shù)保證了它能在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上也能不受影響的運(yùn)行，能正常地發(fā)揮其管理作用。TinyOS技術(shù)具有一個(gè)類似網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)，有分管接收的底層硬件，有可以進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼的綜合硬件層組件，具有傳輸數(shù)據(jù)包和參數(shù)的功能和解析的功能。另外還具有分管數(shù)據(jù)打包的上層軟件組件，可以傳遞數(shù)據(jù)、選擇路由。而其中的上層組件是由應(yīng)用程序組件和主組件共同組成。

基于TinyOS技術(shù)的嵌入式技術(shù)還需要采用編程語言，合適的編制語言有NesC語言。這是一種能夠支持組件化編程的語言，它的優(yōu)勢在于能夠結(jié)合思想和執(zhí)行模型，其中思想是指組件化和模塊化思想，而執(zhí)行模型是指基于事件驅(qū)動(dòng)的模型。NesC語言借助于將組織和命名采用一定的組件連接方式，進(jìn)而共同構(gòu)成一個(gè)完整的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。NesC語言對于TinyOS技術(shù)的開發(fā)運(yùn)行非常有用，可為其提供運(yùn)行模式。

Qt開發(fā)框架是建立在對C++程序的完整應(yīng)用基礎(chǔ)上的，它的API接口非常豐富，重要的是它所擁有的API接口都具有相同的平臺，就是在一次編寫之后，能夠?qū)崿F(xiàn)隨處編譯，這一點(diǎn)對于開發(fā)調(diào)試非常有好處，而且便于應(yīng)用擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所需要的功能，用Qt設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的框架，而應(yīng)用程序做為最上層程序，完成它的設(shè)計(jì)，就能充分利用它的編譯功能，取得事半功倍的效果。

借助于TinyOS技術(shù)和NesC語言的幫助，基于人們對家居環(huán)境的具體要求，用Qt編程技術(shù)就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)完美的，能夠?qū)崿F(xiàn)人們要求的智能家居控制系統(tǒng)。當(dāng)然，這個(gè)系統(tǒng)必不可少的還有一個(gè)傳感器，它能夠探測、收集環(huán)境信息。這個(gè)過程中的用戶界面開發(fā)需要借助Qt編程技術(shù)和具有豐富性和跨平臺性的API接口。這三項(xiàng)結(jié)束的結(jié)合能夠設(shè)計(jì)出界面優(yōu)美、功能強(qiáng)大的、人性化的家居系統(tǒng)。

3.2 基于Zigbee技術(shù)的嵌入式技術(shù)

Zigbee技術(shù)是一種短距離的無線電通信協(xié)議，它是一種新興的通信協(xié)議，主要是針對低速率的無線個(gè)域網(wǎng)。Zigbee技術(shù)做為一種技術(shù)提案，處于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙兩者之間。但是一般情況下，它用于短距離內(nèi)的無線連接。Zigbee技術(shù)的通信是靠數(shù)千的微小傳感器根據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的。Zigbee技術(shù)的通信效率比較高，原因是：各個(gè)傳感器通過無線電波，將數(shù)據(jù)以接力的方式進(jìn)行傳播。雖然目前情況下，短距離無線電通信協(xié)議非常多，但是Zigbee技術(shù)有相比于其它技術(shù)的優(yōu)勢，所以更適合用于智能家居系統(tǒng)，而且Zigbee技術(shù)具有與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站類似的數(shù)據(jù)傳輸模塊，支持無限擴(kuò)展。

將Zigbee技術(shù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，采用無線電通信技術(shù)，將系統(tǒng)中的家電設(shè)備連接成星型網(wǎng)絡(luò)。Zigbee技術(shù)的通信協(xié)議由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)以及路由器但中節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成。Zigbee技術(shù)中的路由器節(jié)點(diǎn)具有路由發(fā)現(xiàn)功能，能夠參與信息轉(zhuǎn)發(fā)，它擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍是通過連接別的節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。Zigbee技術(shù)終端節(jié)點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)的方式包括協(xié)調(diào)點(diǎn)和路由點(diǎn)。但是其它節(jié)點(diǎn)無法通過Zigbee技術(shù)終端點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，而且Zigbee技術(shù)終端點(diǎn)的優(yōu)勢還有能夠?qū)崿F(xiàn)低功率運(yùn)行。

Zigbee技術(shù)伴隨著自動(dòng)化的產(chǎn)生而出現(xiàn)，它能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信和數(shù)據(jù)傳輸，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)現(xiàn)的支撐技術(shù)，具有功率小，能耗低、成本低的優(yōu)點(diǎn)。近幾年伴隨這智能家居系統(tǒng)的需求越來越高，它的應(yīng)用也越來越廣泛，它的功能也越來越受到人們的重視。

3.3 基于Wi-Fi技術(shù)的嵌入式技術(shù)

建立在Wi-Fi技術(shù)基礎(chǔ)上家居系統(tǒng)，它的實(shí)現(xiàn)主要包括智能傳感器，配合互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，以及控制媒介和中央處理器。這種系統(tǒng)的控制媒介一般為智能手機(jī)，信息由服務(wù)器傳向中央處理器，借助Internet進(jìn)行有效連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制智能家居系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，其在運(yùn)行時(shí)，通過互聯(lián)網(wǎng)，用戶便能夠?qū)揖酉到y(tǒng)進(jìn)行控制。這種系統(tǒng)的功能要充分實(shí)現(xiàn)還需要一定的硬件支持，主要包括三個(gè)方面：

3.3.1 FPGA平臺

它在硬件系統(tǒng)起的作用是最關(guān)鍵和核心的，它的主要功能包括掌控動(dòng)作電路、監(jiān)測并反饋動(dòng)態(tài)信息、處理和接手控制指令。

3.3.2 Wi-Fi系統(tǒng)建立

打個(gè)比方，應(yīng)用無線模塊HLK-RMO4，這是一種全新的、能夠有效適應(yīng)的嵌入式模塊。這種模塊的基礎(chǔ)是通用串行接口，有內(nèi)置的TCP和IP協(xié)議，主要是為了將無線信號和FPGA控制中心連接起來。

3.3.3 繼電器模塊

智能家居系統(tǒng)的控制對象是普通的家電，它們屬于強(qiáng)電范圍，因此操作作用的實(shí)現(xiàn)就需要借助控制平臺，而繼電器模塊能夠?qū)崿F(xiàn)中間控制。

建立在Wi-Fi技術(shù)的智能家居系統(tǒng)在應(yīng)用過程中具有性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，除此之外，對家庭內(nèi)部相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)無線控制家居設(shè)備。而且，在設(shè)計(jì)過程中，將智能手機(jī)的應(yīng)用結(jié)合進(jìn)來，對于設(shè)計(jì)的靈活性和效率大有裨益。因此基于基于Wi-Fi技術(shù)的智能家居系統(tǒng)開發(fā)非常具有前景。

4 結(jié)束語

隨著物質(zhì)生活和精神生活的日益豐富，人們對于家居環(huán)境的要求越來越高，智能家居系統(tǒng)的舒適和時(shí)尚越來越為人們所樂于接受，智能家居系統(tǒng)的開發(fā)也將受到研究者的關(guān)注?；赥inyOS技術(shù)、基于Zigbee技術(shù)和基于Wi-Fi技術(shù)智能家居系統(tǒng)各有優(yōu)點(diǎn)，各具特色，研發(fā)人員在研發(fā)過程中可根據(jù)不同的需求進(jìn)行選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)海鵬.嵌入式系統(tǒng)在智能家居監(jiān)控中的應(yīng)用研究[J].運(yùn)城學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（32）：22-24.

[2]李春萍，等.基于TinyOS與嵌入式技術(shù)的智能家居系統(tǒng)[J].技術(shù)縱橫報(bào)，2006（1）：22-25.

作者單位

沈陽師范大學(xué) 遼寧省沈陽市 110034