王菲

摘要

從傳統(tǒng)家電到智能家電的轉(zhuǎn)化，已經(jīng)給我們帶來了很多翻天覆地的變化，從智能表電再到智能家居的轉(zhuǎn)變，必將給人類以新的驚喜和贊嘆。結(jié)合嵌入式控制系統(tǒng)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，本文以嵌入式微處理器S3C2410為硬件基礎(chǔ)，選用Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，完成了家電控制驅(qū)動程序的設(shè)計，實現(xiàn)了智能家電的啟停控制。這是順應(yīng)家居發(fā)展潮流的新變革，必將掀起智能產(chǎn)業(yè)的一場巨大風(fēng)暴。

【關(guān)鍵詞】嵌入式微處理器 智能家居 溫度傳感器

隨著計算機(jī)技術(shù)、微處理技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，推動了嵌入式行業(yè)快速發(fā)展，其發(fā)展軌跡呈現(xiàn)出硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式。被控對象變的越來越復(fù)雜，嵌入式技術(shù)以其強(qiáng)大的交互功能和拓展能力得到了越來越多人們的青睞。傳統(tǒng)的家居生活已經(jīng)不能滿足消費者的需求，可以預(yù)見，在未來20年嵌入式智能家居行業(yè)將經(jīng)歷一次革命。

1 功能需求分析

本文設(shè)計了一個嵌入式智能家居控制系統(tǒng)，其功能包括以下幾個方面：

家電控制：家電控制是智能家居集成系統(tǒng)的重要組成部分，代表著家電智能化的發(fā)展方向。通過有線或無線的聯(lián)網(wǎng)接口，將家電與家庭智能終端連接，組成網(wǎng)絡(luò)家電系統(tǒng)，實現(xiàn)熱水器、洗衣機(jī)、微波爐、空調(diào)等家電遠(yuǎn)程開閉功能。

2 硬件設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)的硬件部分主要由嵌入式微處理器、繼電器輸出驅(qū)動電路、顯示器、觸摸屏、存儲器、設(shè)備控制模塊、以太網(wǎng)和電源模塊組成。本文選用的嵌入式處理器是三星公司設(shè)計生產(chǎn)的S3C2410處理器。其內(nèi)核采用的是由ARM公司設(shè)計的16/32位的精簡指令集ARM920T內(nèi)核，0.18μm工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元，采用了高級微控制器總線的新型總線結(jié)構(gòu)，提供了豐富的片上資源，特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。使用S3C2410微處理器自帶的多功能可編程I/O接口GPIO實現(xiàn)對各個監(jiān)控點的控制。本文以太網(wǎng)以RTL8019AS芯片通過總線和微處理器相連接，中斷也通過S3C2410的外部中斷接管。S3C2410微處理器具有內(nèi)置的LCD控制器，它具有將顯示緩存中的LCD圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動電路的邏輯功能。支持DSTN和TFT兩種LCD屏，并支持黑白和彩色顯示。觸摸屏的控制采用專用芯片ADS7843，專門處理是否有你或者手指按下觸摸屏，并在按下時分別給兩組電極通電，然后將其對應(yīng)位置的模擬電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送回處理器。

家電控制包括熱水器、空調(diào)、取暖閥的控制。當(dāng)系統(tǒng)受到用戶發(fā)出的家電啟停指令后，確定系統(tǒng)的操作動作，輸出信號經(jīng)放大由繼電器驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，從而使主機(jī)的輸出與現(xiàn)場實現(xiàn)電氣隔離。

3 軟件設(shè)計

Linux可應(yīng)用于多種硬件平臺。Linux已經(jīng)被移植到多種硬件平臺，這對受開銷、時間限制的研究與開發(fā)項目是很有吸引力的。原型可以在標(biāo)平臺上開發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。Linux的源代碼可以免費得到。Linux本身內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持。Limxx的高度模塊化使添加部件非常容易。

一個典型的桌面Linux系統(tǒng)包括三個主要的軟件層：Linux內(nèi)核、C庫和應(yīng)用程序代碼。內(nèi)核是唯一可以完全控制硬件的層，內(nèi)核驅(qū)動程序代表應(yīng)用程序與硬件之間進(jìn)行會話。內(nèi)核之上是C庫，負(fù)責(zé)把POSIXAPI轉(zhuǎn)換為內(nèi)核可識別的形式，然后調(diào)用內(nèi)核，從應(yīng)用程序向內(nèi)核傳遞參數(shù)。應(yīng)用程序依靠驅(qū)動內(nèi)核來完成特定的任務(wù)。

考慮到嵌入式系統(tǒng)軟、硬件資源的有限以及基于特定應(yīng)用的特點，嵌入式操作系統(tǒng)基于特定嵌入式平臺使用時必須經(jīng)過裁減。而嵌入式Limix從某種意義上來說可以理解為是桌面型Limix系統(tǒng)的一個子集。在設(shè)計嵌入式應(yīng)用的時候，可將應(yīng)用程序越過C庫直接和內(nèi)核會話，或者把應(yīng)用和內(nèi)核捆綁在一起，甚至可以把應(yīng)用寫為內(nèi)核的一個線程，在內(nèi)核中運(yùn)行，隨按這樣在移植上帶來了困難，但考慮嵌入式系統(tǒng)對尺寸要求小的特點，是完全可行的。[4]

嵌入式操作系統(tǒng)選擇Limix，用VI作編輯器以ARMGCC作為交叉編譯器。Linux內(nèi)核是一個整體的結(jié)構(gòu)，為了方便的向內(nèi)核添加或者刪除某些功能，Linux引入了內(nèi)核模塊機(jī)制，Linux Module和內(nèi)核處在同一地址空間，它們可以相互調(diào)用函數(shù)，直接訪問對方地址。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2。

系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3。

家電控制和數(shù)據(jù)采集功能的線程流程圖如圖所示4。

4 結(jié)語

嵌入式技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，嵌入式智能家居方面的應(yīng)用還有這更為廣闊的空間。本文以家電控制系統(tǒng)為例，粗略介紹了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，為想要家居變得智能的客戶提供了設(shè)計方案。今后，嵌入式智能家居的設(shè)計與實現(xiàn)將成為廣大用戶的追求，擁有不可估量的市場空間。

參考文獻(xiàn)

[1]敖可.基于嵌入式Web的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[D].蘭州交通大學(xué)，2014.

[2]蔣建春.嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：210-211.

[3]王田苗，魏洪興.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011：323-327.

[4]于忠得，林敏，申華.嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009：214-215.