1、I目 录前 言 .11 绪论 .21.1 智能家居系统的意义 .21.2 智能家居的发展现状 .22 总体设计 .42.1 智能控制系统的设计要求 .42.2 关键技术 .42.2.1 无线通信技术 .42.2.2 Bootloader 移植技术 .52.2.3 U-Boot 的移植 .62.2.4 Linux 系统 .62.2.5 Web 服务器 .72.2.6 CGI 简介 .93 智能控制系统的软硬件设计 .113.1 硬件系统总体设计 .113.1.1 ARM9 处理器 S3C2440 芯片 .113.1.2 配置 GPIO 并使用 .113.1.3 电源电路设计 .123.1.4 U
2、SB 无线网卡 .133.2 控制系统的软件设计 .134 总结 .15参考文献 .16致 谢 .17II1基于智能控制系统的设计摘 要 智能家居从提出概念到现在出现真正意义上的产品,已经有三十多年历史了.随着科技技术的进步、智能手机和互联网的发展，智能家居的也一步步成熟。目前市场上的智能家居大多是全面型，从安装到交互使用比较麻烦，成本比较高额。对于这一现象的改进,本文提出通过智能插座来间接实现控制家庭设备。本文智能控制系统是通过智能插座实现对家庭电器的间接控制，智能插座以使用简单、可远程控制、可移动为特点，该智能插座是以 S3C2440 为核心的芯片，芯片外围部件使用 USB 无线网卡，通过
3、 Wi-Fi与智能手机、平板通信，设置 CGI 网关，安全交互使用，可以达到用户在任何连入互联网的地方启动或关闭家庭设备。关键词 智能插座；Boa 服务器；CGI；嵌入式 Linux; Wi-Fi 通信;2Design of Intelligent Control System Abstract It has nearly thirty years from Smart Home concept been proposed to a real significance of the product. With the development of scientific and technolo
4、gical smart phone and the Internet progress, the Smart Home approach mature step by step. Most Smart Home either too inconvenient to installation and interactive use or cost too much .I proposed the Smart control solution through controlling Smart Outlet .The Smart Outlet are easy to use, we can rem
5、ote control it and mobile use it. The Smart Outlet use S3C2440 as the core chip , Its peripheral component use USB wireless network card through Wi-Fi communicating with smart phone and pad, we can safely use it to turn on/off home equipment in somewhere which Connected to the Internet .Keywords Sma
6、rt Outlet; Boa Web server; CGI; Embedded Linux ; Wi-Fi communication;3前 言智能家居这个专业名词从第一次被提出智能建筑概念到现在出现真正意义上的产品,已经有三十多年历史了。在 2014 年可以看到越来越多的家电企业像海尔、美的和互联网企业像小米加入智能家居的市场中，国外一些企业像三星、LG 也进入中国开始加入这个市场。智能家居就是将建筑电气、自动控制技术、网络通信技术和音视频技术等融入到建筑本身，为用户提供更为快捷、高效、安全的家居体验 1。现在人们普遍追求生活的品质，智能家居系统是对现代化高品质生活的追求,该设备对家庭中的
7、生活电器,防范设备,以及环境监控设备的布置与智能化控制整合,它必然包含电视、音响、电脑等家电，以及视频监控，入侵报警设备和环境空气检测设备，以及水电安全检测等设备，用户可以通过一个总控制端在有互联网的地方对家庭设备进行遥控控制。这些电视机、音响、电脑4设备的智能控制为用户家庭生活、娱乐、学习提供方便，享受生活中娱乐与放松；在家庭中安装视频监控，方便用户对家庭各个角度进行查看，保证家庭安全，处理意外事件；入侵报警是针对用户人身安全提出的必要保证；环境空气检测设备，对用生活中的家用煤气、天然气使用，以及生活水电安全保证。从互联网公司在智能家居布局可以看到，从几个方面入手：路由器、移动控制端和智能家
8、电控制设备。本文提出的智能控制是从智能家电控制设备入口，即智能插座，从智能插座可以间接控制智能家电，构建智能家居。1 绪论1.1 智能家居系统的意义美国联合科技公司在 1984 年将建筑设备信息化、整合化概念应用到建筑上，出现了第一座的“智能型建筑” 。智能家居概念由此提出了，据现在已经有 31 年的历史，尤其5进入 2011 年开始，智能家居逐渐进入商业视野，科技的进步、技术的发展、软硬件开发成本的降低，极大的促进了人们对智能化生活的追求。移动智能设备的普及和 4G 网络的普及，更加有力的推动了这一产业的飞速发展 。智能家居就是将建筑电气、自动控制技术、网络通信技术和音视频技术等融入到建筑本
9、身，为用户提供更为快捷、高效、安全的家居体验 1。智能家居系统是对现代化社会生活品质的追求,对家庭中的生活电器,防范设备,以及环境监控设备的布置与智能化控制整合,它必然包含电视、音响、电脑等家电，以及视频监控，入侵报警设备和环境空气检测设备，以及水电安全检测等设备。这些电视机、音响、电脑设备的智能控制为用户家庭生活、娱乐、学习提供方便，提高生活水平的追求；在家庭中安装视频监控，方便用户对家庭各个角度进行查看，保证家庭安全，处理意外事件；入侵报警是针对用户人身安全提出的必要保证；环境空气检测设备，对用生活中的家用煤气、天然气使用，以及生活水电安全保证。当物联网技术的提出，推动了计算机、互联网后的
10、第三次革命，将互联网技术应用在智能家居上面，这是一个里程牌进展，在智能家居中通过传感器将信号传递到互联网，将互联网和智能家居整合，这会使我们的家庭生活更加信息数据化、自动实现化、智能控制化，这是将来智能家居发展的主要研究方向，将会是市场中巨大产业。1.2 智能家居的发展现状智能家居在国外发展比较早，所以到现在已经具有一定规模了，新加坡在 1998 年 5月举办的消费品国际展览会上，向观众展示了“未来之家” ，智能化家居系统开始出现在人们视野，并且新加坡在当时已经有数十个装有“智能化家居系统”的小区，韩国Samsung 公司在 2003 年推出第一款自己的智能化家居系统，2006 年，上海交大和
11、日本电报电话公司合作开发出传感器开关接入，这个在未来智能化家居系统中将会得到在实践中全面应用。智能家居的理念是 20 世纪九十年代时候引入中国的，在 21 世纪后逐渐发展起来，这个时间段相比较国外比较短，但到现在为止已经有很多企业进入了智能家居市场行列，国家科委在 1994 年对“2000 年小康型城住宅产业工程项目”立项，标志智能家居已经进入国家层面，相继在北京、上海等城市小区建设中将智能化小区开展试点工程，同时，在近一年里面，智能家居、智能家电等词成为搜索引擎上的热词，在 2012 年，于扬在易6观第五届移动互联网博览会的发言中首次提出“互联网+”这个名词， 国家总理李克强在一年一度的政府
12、工作报告中首次提出“互联网+”工作筹划。相信在国家对物联网发展越来越重视、引导下，智能家具将在中国很快发展起来。72 总体设计2.1 智能控制系统的设计要求目前的市场中,智能插座比较新颖,产品智能性、交互性、设计性、实用性等还有提升空间，因此本设计方案主要针对这些问题，提出以下设计理念，首先，在智能性方面，要求区别于以往那种家庭中普通插座，要求用户可以任何时间、在任何地点、自定义模式下的通过平板或者手机电脑等工具控制家庭里面的插座，以达到控制家庭电器的目的。因此这就要求必须将设备借助互联网中，通过验证的方式实现控制，为了实现家庭使用方便的目的，应该是可移动的,并且是无线类型的。第三，该设备不需
13、要附加电源，应当在设备内部将家庭用电转换，考虑到现在的手机充电功能，一定要在智能插座中加入一个 usb 接口，此外一个三孔和两孔插口。最后，该设备外观设计精美，在硬件设计方面具有可扩展性，在用户使用过程中，在保证使用简单的基础上尽量用户界面美观。基于以上这四个方面考虑，该智能插座设计方案采用 WIFI 命令的通信，使用 ARM9微处理器控制，web 远程登录控制的方法。2.2 关键技术2.2.1 无线通信技术由于市场中的无线通信技术设计不统一，下面将本设计方案中的候选技术及平台详细解析。目前的无线通信技术在智能家居方面得到应用的有 Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, RFID
14、等 2，下表 2-1 对于每种技术下面是参数对比：8通过上面图表可以得知：Bluetooth 的安全性好，Wi-Fi 的传输距离和传输速度占优势，同时两者在智能手机或者平板上都是标配,这里采用的是 Wi-Fi。原因是 WI-FI 可以远程登录控制，扩展空间大，并且家庭普及程度高。Wi-Fi 又称为无线高保真技术(Wireless Fidelity),是一种基于 IEEE 802.11 标准的无线局域网接入技术 3,现在已经广泛应用到手机、平板电脑等通信产品中。无线高保真技术与其他无线通信技术相比, 无线高保真技术具明显具有几点优点:(1)传输距离是其他技术的几倍，可以通过 Internet 远
15、程登录控制;(2)传输速度是 11-54Mbps,在远程控制方面对速度要求比较高;(3)覆盖范围广，可以一对多控制,可以通过控制一个无线路由器达到控制多个 Wi-Fi 终端设备。到现在，Wi-Fi 技术逐步走向成熟，从第一次国际制定的基于 IEEE 802.11 标准第一代 Wi-Fi 技术，在当时，只能适用于 2.4GHZ 的频率，而且当时最高的通信速率是1.9Mpbs;然后发展到第二代 Wi-Fi 技术，它是基于 IEEE 802.11b 标准，速度上保持不变;第三代 Wi-Fi 出现兼容模式，是基于 IEEE802.11g/a 标准的，可以运行于 2.4GHz 和 5GHz频段，传输速度
16、明显提高，最快可以达到 60Mbit/s;第四代 Wi-Fi 的最快传输速度在理论上已经可以达到 600Mbits/s 了；现在第五代 Wi-Fi 是基于 IEEE 802.11ac 标准，运行在5GHz 频段上，在理论上能提供 160MHz 的带宽和最高 867Mbit/s 的传输速度 4。2.2.2 Bootloader 移植技术Bootloader 是对 Operating System 启动加载的一个特殊程序，这就像计算机中的BIOS 程序。Bootloader 的作用就是做好物理基础设施的初始化操作，并且创建内存空间的映射关系，将该设备的整体过度到一个适合的状态，为加载操作系统内核做好环境铺垫 5。该段程序比较依赖于物理基础平台，在设计时应该首先确定平台的架构，尤其是
