基于物联网技术的智能家居系统40本科毕业论文

基于物联网技术的智能家居系统40本科毕业论文内容摘要：

应用的低成本传感器。 MQ2 的主要特征如下：  工作温度： 10℃～ +50℃  报警浓度： ～ %FT  工作湿度： 10～ 90%  工作电源： 12VDC9VDC  信号输出：常开常闭  安装方式：吸顶  外壳：阻燃树脂  产品尺寸：直径 105mm 厚度 32mm 图 MQ2 引脚接线图 根据 MQ2 的工作原理（其电导率随着气体浓度的增大而增大，其电阻是电导率的倒数，所以随着烟雾浓度的增大其电阻是减小的）并且参考图 MQ2Datasheet 上的测试电路，在根据图 的电路图，可以得到 烟雾传感器的输出电压如式 所示。  RLsL RLVc VR RV (式 ) 光电传感器 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见紫外光辐 射）转变成为电信号的器件。 光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。 它可以用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强等。 本设计试图把光电传感器安装在家庭保险柜或其他重要的财产出，当小偷或其他非家庭主人试图靠近保险柜等重要财产处能自动触发语音报警，从而达到防盗的目的。 图 光电传感器引脚图 光电传感器简单易用，正确接好线之后输入 高电平，当检测到有障碍物时会一直输出低电平信号。 我们把光电传感器的输出引脚接单片机的 EINT5GPF5 中断引 脚，程序中设定低电平触发，当有小偷靠近保险柜或家居其 他重要财产时，系统能捕捉到这一信号从而做出反应。 ISD1760 语音芯片 语音报警部分采用 isd1760 语音芯片来完成。 ISD1700 系列录放芯片可工作于独立按键模式和 SPI 控制模式。 芯片内有存储管理系统来管理多段语音，这样在独立按键模式下也能进行多段语音录放。 此芯片内有振荡器，可通过外部电阻来调节其振荡频率；还有带自动增益控制（ AGC）的话筒运放，模拟线路输入。 本设计采用独立按键模式，连接好电路后给芯片的 23 脚一个电平信号即可播放提前录好的声音。 图 isd1760 语音芯片 接线引脚 图 继电器 由于家电电器工作电压是 220V，而单片机工作电压是 5V，因而监控家电时需要引入继电器。 继电器是一种控制器件。 它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。 通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。 故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 当收到特定的短信要把家电打开时， MCU 通过打开继电器给插座上电，即可打开家电，当需要关闭家电时，也是通过继电器关闭家电。 图 继电器原理图 ARM 是一个弱电器件 ,一般情况下它们大都工作在电压为 5V 甚至更低、驱动电流在 mA 级以下，而要把它的输出用于一些大功率场合，比如控制步进电机，很显然是不可行的。 因此，就要设计一个环节来衔接，这个衔接环节就是“功率驱动”。 一个典型简单的功率驱动环节就是继电器的驱动。 此处，继电器驱动含有两层意思：一是通过 GPIO 口对继电器本身进行驱动，因为继电器对于 ARM 来说是一个功率器件；另一个就是继电器去驱动其它负载，比如继电器可以驱动中间继电器，也可以直接驱动接触器，因此继电器驱动就是 ARM 与其塔大功率负载的接口。 ARM 的 IO 口输出电压高电平为 ，直接接上继电器后电平被拉低，无法控制继电器的闭合。 三极管具有良好的信号放大功能，信号经过三极管的放大后，再接入继电器，可以实现对继电器的控制，最终实现对交流电路的控制 . 软件系统介绍 几种嵌入式操作系统的比较 目前市场上流行的嵌入式操作系统比较多 ,下面对其进行性能比较 :  嵌入式 Linux Linux 是 1991 年由荷兰人 LinusTorvalds 发明的，从诞生到现在的短短几十年时间， Linux 已经发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统，不仅在通用操作系统领域与 Windows 等商 业系统分庭抗争，而在在新兴的嵌入式操作系统领域也获得了飞速的发展。 嵌入式 Linux(EmbeddedLinux)是指对标准 Limix 进行小型化裁剪处理后，可固化在存储器或单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用 Linux 操作系统。 商品化嵌入式操纵系统大都没有公开其核心源代码 [7]，这种源代码的封闭性大大限制了 开发者的积极性，当前国家队研制自主核心源代码大力支持，为源码开发的 Linux 的推广提供了广阔的发展前景。 嵌入式 Linux 的主要特征如下： （ 1） 高性能、可裁剪的内核 :其独特的模块机制使用户可以根据自己 的需要，实时地将某些模块插入到内核或从内核中移走，很适合与嵌入式系统的小型化需要。 （ 2） 优秀的开发工具 :嵌入式 Linux 提供了一套完整的工具链 （ 3） 免费，开发源代码： Linux 是开发源码的自由操作系统，用户可以根据自己的应用需要方便对内核进行修改和优化。 （ 4） 完善的网络通信和文件管理机制： Linux 支持所有标准的 Inter 网络协议，并且很容易移植到嵌入式系统当中。 （ 5） 广泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多种体系结构。 （ 6） 软件资源丰富：几乎每一种通用程序在 Linux 上都能找到 ，从而减轻了开发的工作量。 目前，网络上无论是研究 Linux 操作系统还是研究嵌入式 Linux 的开发团队都有很多，各种相应的程序以及文档也比较丰富。  μCOS II μ COS 是美国人 Jean Labrosse 在 1992 年开发的一个嵌入式操作系统 [8]，并于1998 年推出了它的升级版本μ COSII。 μ COSII 是一种免费、开放源代码、结构小巧、基于可抢占优先级调度的实时操作系统，其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。 μ COSII 主要面向中小型嵌入式系统，具有执 行效率高、占用空间小、结构简洁、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至 2KB，一般情况下占用 10KB数量级。 它的内核本身并不支持文件系统，但它具有良好的扩展性能，如果需要的话可以自行加入。 由于免费、源码开放、规模较小，μ COSII 不仅在众多的商业领域中获得了广泛的应用，而且被大学所接纳，作为教学用的嵌入式实时操作系统。  VxWorks VxWorks 是美国 WindRiver System 公司开发的一款嵌入式实时操作系统具有良好的可靠性和卓越的实时性，是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率 最高的商业系统。 VxWorks 支持各种主流的 32 位处理器，如 X8 Motorola MC68xxx、Clodfile、 PowerPC、 MIPS,ARM 等。 它基于微内核的体系结构、整个系统有四百多 个相对独立、短小精炼的目标模块组成，用户可以行剪裁和配置，根据自己的需要来选择适当的模块。 VxWorks 采用 GNU 类型的编译和调试器，它的大多数 API 函数都是专有的。 VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。  PalmOS 在个人数字助理（ PDA）市场上， PalmOS 全球知名、使用人数最多的 PDA 操纵系统。 它是由 PDA 操作系统开发的先驱者 Palm Computing 公司开发的。 从 1996 年 4月 发布至今， PlamOS 逐步巩固了其在 PDA 市场上的霸主地位。 它的一个最大的特点就是省电以及系统资源开销较少，速度也很快，但不支持多线程，长远发展受到影响。 但由于 PalmOS 采用开发式架构，全球有很多 PlamOS 用户都投入到其软件开发工作中，使其应用软件非常丰富，这也成为 PlamOS 操作系统成功的一个重要因素之一。  Windows CE Windows CE 是微软公司在嵌入式操纵系统市场上的一个重要的产品，它是一个开放的、可升级的 32 位操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它可以移植能够开发多种企业和客户类设备。 Windows CE 为工作、家庭及其间的任何一部分开启了动态的、崭新的开发远景。 这个模块化、可自订的作业系统将 Windows 平台延伸到桌面之外，到达更小、更机动性、更特别的装置之上，然而它的 Windows 血统则确保了它的相容性，并且支援了更广泛的开发基础。 目前，网络上研究 WinCE 的开发团队越来越多，其资源也逐渐丰富起来 ，可以说是新的趋势。 选择嵌入式操作系统的依据 在选择软件开发方式和操作系统的时候，不仅要考虑到对硬件系统的支持，还要考虑软件开发的周期等问题。 一般而言，在选择嵌入式操作系统时，可以遵循以下原则 [9]。 （ 1） 市场进入时间。 制定产品时间表与选择操作系统有关系，实际产品和一般演示是不同的，上市时间和功能完善同样重要。 Linux 出现时间较早， 现成资源 较多。 （ 2） 可移植性。 也就是平台无关性。 当进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题。 良好的软件可移植性，可以在不同平台、不同系统上运行，跟操 作系统无关。 软件的通用性和软件的性能通常是矛盾的，即通常以损失某些特定情况下的 优化性能为代价。 很难设想开发一个嵌入式浏览器而仅能在某一特定环境下应用，反过来说，当产品与平台和操作系统紧密结合时，往往你的产品的特色就蕴含其中。 （ 3） 可利用资源。 产品开发不同于学术课题研究，它是以快速、低成本、高质量的推出适合用户需求的产品为目的的。 集中精力研发出产品的特色，其他功能尽量由操作系统附加或采用第三方产品，因此操作系统的可利用资源对于选型是一个重要的参考条件， Linux 和 WinCE 都有大量的资源可以利用，这是他们被 看好的重要原因。 其它有些实时操作系统由于比较封闭，开发时可以利用的资源比较少，因此多数功能需要自己独立开发，从而影响开发进度。 近来的市场需求显示，越来越多的嵌入式系统，均要求提供全功能的 Web 浏览器。 而这就要求有一个高性能、高可靠的 GUI 的支持。 （ 4） 系统定制能力。 信息产品不同于传统 PC 的 Wintel 结构的单纯性，用户的需求是千差万别的，硬件平台也都不一样，所以对系统的定制能力提 出了要求。 要分析产品是否对系统底层有改动的需求，这种改动是否伴随 着产品特色。 Linux 由于其源代码开放的天生魅力，在定制能力方面 具有优势。 （ 5） 成本。 成本是所有产品不得不考虑的问题。 操作系统的选择会对成本有着重要的影响。 Linux 免费， WinCE 等商业系统需要支付许可证使用费，但这都不是问题的答案。 成本是需要综合权衡以后进行考虑的，选择某一系统可能会对其它一系列的因素产生影响，如对硬件设备的选型、人员投入、以及管理和与其它合作伙伴的共同开发之间的沟通等许多方面的影响。 （ 6） 中文内核支持。 国内产品必然需要对中文的支持。 由于操作系统多数是采用西文方式，是否支持双字节编码方式，是否遵循 GBK， GB18030 等各种国家标准，是否支持中文 输入与处理，是否提供第三方中文输入接口是针对国内用户的嵌入式产品的必需考虑的重要因素。 智能家居系统并不需要很严格的实时性，而且在本系统的设计中，关键任务将可以由可编程器件实现，仅向系统提供一个状态信息。 操作系统的主要目的是方便开发友好的人机界面，缩短开发周期，提高系统的稳定性。 嵌入式操作系统选择了嵌入式Linux[10]。 Linux 作为一款开源软件，具有功能强大，与硬件兼容性好，可任意裁减等诸多特点，同时在 Linux 系统下支持很多开源软件，在一定程度上减小了开发的难度。 在版本方面，选择 内核 的 arm linux，该内核在原有内核的基础上进行了一定程度的裁减，同时也是专门支持 ARM 系统芯片的 Linux 版本，这也为后期的进一步 裁减做好了铺垫的工作。 在文件系统方面，目前 FLASH 上常用的文件系统主要有 JFFS CRAMFS、Yaffs ROMFS 以及 ROMFS 等。 目前， Mini2440 开发板支持 Yaffs2。 YAFFS2 是第一个专门为 Nandflash 存储器设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备；并且是在 GPL（ GeneralPublicLicense）协议下发布的，可在其网站免费获得 源代码。 CRAMFS 文件系统是专门针对闪存（如 NorFlash)设计的只读压缩的文件系统，采用实时解压缩方式，小巧且速度快。 本设计采用 YAFFS2 文件系统，可以读写保存。 系统主要采用 C 语言作为基本开发语言，在嵌入式开发中，语言的可移植性很重要。 因为 Linux 是用 C 语言编写的，对 C 语言有良好的函数库的支持，其编译出的代码精简，具有运行速度快和对底层开发支持好的特点。 本章小结 本章通过对智能家居的分析，确定了系统总体架构设计，然后针对其方案进行软硬件选型。 首先确定了 SAMSUNG 公司的 32 位 RISC 处理器 S3C2440 作为微控制器芯片；其次是介绍本智能家居各模块所使用到的硬件 设备 ， 接着介绍几种嵌入式操作系统 和选择嵌入式操作系统的依据， 最后确定了适合 CPU 的最。