嵌入式技術在智能家居控制系統(tǒng)中的應用探究

嵌入式技術在智能家居控制系統(tǒng)中的應用探究 摘 要：本文介紹了嵌入式技術和智能家居系統(tǒng)的概念，并主要探索了基于基于TinyOS技術、基于Zigbee技術和基于Wi-Fi技術的嵌入式技術在智能家居系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的應用。 【關鍵詞】嵌入式技術 智能家居 控制系統(tǒng) 伴隨著經濟社會和科技的長足發(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)應運而生，并得到了快速的發(fā)展。 1 嵌入式的概念 上世紀七八十年代，嵌入式系統(tǒng)的概念首先在美國出現，這是一種綜合了微電子、傳感器、半導體、通信和計算機等功能的技術。近年來，微電子技術和半導體技術迅猛發(fā)展，同樣也帶動了嵌入式技術的發(fā)展。嵌入式技術的發(fā)展決定了其應用的范圍越來越廣，應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)的運行要得以保障，離不開系統(tǒng)控制技術、通信技術和傳感器技術等，因此將包含這些技術的嵌入式技術應用于智能家居系統(tǒng)，對于智能家居系統(tǒng)的發(fā)展和完善具有重要意義。 3 嵌入式技術的應用 3.1 基于TinyOS技術的嵌入式技術 TinyOS技術是源于Aavid Culler為無線傳感網絡開發(fā)的一種嵌入式系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的開發(fā)采用的編程基礎是NesC語言。TinyOS技術建立的基礎是各組件以一定的方式形成架構，它能夠以很短的時間實現所有的應用，而且由于其設計采用模塊化，保證了它具有核心小的特點。即使是傳感器資源較少時，其使用也不會受到限制，因此TinyOS技術保證了它能在無線傳感器網絡上也能不受影響的運行，能正常地發(fā)揮其管理作用。TinyOS技術具有一個類似網絡協議的層次結構，有分管接收的底層硬件，有可以進行數據編碼的綜合硬件層組件，具有傳輸數據包和參數的功能和解析的功能。另外還具有分管數據打包的上層軟件組件，可以傳遞數據、選擇路由。而其中的上層組件是由應用程序組件和主組件共同組成。 基于TinyOS技術的嵌入式技術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動的模型。NesC語言借助于將組織和命名采用一定的組件連接方式，進而共同構成一個完整的嵌入式網絡系統(tǒng)。NesC語言對于TinyOS技術的開發(fā)運行非常有用，可為其提供運行模式。 Qt開發(fā)框架是建立在對C+程序的完整應用基礎上的，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，能夠實現隨處編譯，這一點對于開發(fā)調試非常有好處，而且便于應用擴展的實現。根據所需要的功能，用Qt設計應用程序的框架，而應用程序做為最上層程序，完成它的設計，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編程技術就可以設計出一個完美的，能夠實現人們要求的智能家居控制系統(tǒng)。當然，這個系統(tǒng)必不可少的還有一個傳感器，它能夠探測、收集環(huán)境信息。這個過程中的用戶界面開發(fā)需要借助Qt編程技術和具有豐富性和跨平臺性的API接口。這三項結束的結合能夠設計出界面優(yōu)美、功能強大的、人性化的家居系統(tǒng)。 3.2 基于Zigbee技術的嵌入式技術 Zigbee技術是一種短距離的無線電通信協議，它是一種新興的通信協議，主要是針對低速率的無線個域網。Zigbee技術做為一種技術提案，處于無線標記技術和藍牙兩者之間。但是一般情況下，它用于短距離內的無線連接。Zigbee技術的通信是靠數千的微小傳感器根據802.15.4標準相互協調實現的。Zigbee技術的通信效率比較高，原因是：各個傳感器通過無線電波，將數據以接力的方式進行傳播。雖然目前情況下，短距離無線電通信協議非常多，但是Zigbee技術有相比于其它技術的優(yōu)勢，所以更適合用于智能家居系統(tǒng)，而且Zigbee技術具有與移動網絡基站類似的數據傳輸模塊，支持無限擴展。 將Zigbee技術應用于智能家居系統(tǒng)，采用無線電通信技術，將系統(tǒng)中的家電設備連接成星型網絡。Zigbee技術的通信協議由網絡協調器和終端節(jié)點以及路由器但中節(jié)點共同構成。Zigbee技術中的路由器節(jié)點具有路由發(fā)現功能，能夠參與信息轉發(fā)，它擴展網絡的覆蓋范圍是通過連接別的節(jié)點來實現的。Zigbee技術終端節(jié)點連接網絡的方式包括協調點和路由點。但是其它節(jié)點無法通過Zigbee技術終端點加入網絡，而且Zigbee技術終端點的優(yōu)勢還有能夠實現低功率運行。 Zigbee技術伴隨著自動化的產生而出現，它能夠實現無線通信和數據傳輸，是無線傳感器網絡得以實現的支撐技術，具有功率小，能耗低、成本低的優(yōu)點。近幾年伴隨這智能家居系統(tǒng)的需求越來越高，它的應用也越來越廣泛，它的功能也越來越受到人們的重視。 3.3 基于Wi-Fi技術的嵌入式技術 建立在Wi-Fi技術基礎上家居系統(tǒng)，它的實現主要包括智能傳感器，配合互聯網服務器，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，信息由服務器傳向中央處理器，借助Internet進行有效連接，進而實現控制智能家居系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，其在運行時，通過互聯網，用戶便能夠對家居系統(tǒng)進行控制。這種系統(tǒng)的功能要充分實現還需要一定的硬件支持，主要包括三個方面： 3.3.1 FPGA平臺 它在硬件系統(tǒng)起的作用是最關鍵和核心的，它的主要功能包括掌控動作電路、監(jiān)測并反饋動態(tài)信息、處理和接手控制指令。 3.3.2 Wi-Fi系統(tǒng)建立 打個比方，應用無線模塊HLK-RMO4，這是一種全新的、能夠有效適應的嵌入式模塊。這種模塊的基礎是通用串行接口，有內置的TCP和IP協議，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，它們屬于強電范圍，因此操作作用的實現就需要借助控制平臺，而繼電器模塊能夠實現中間控制。 建立在Wi-Fi技術的智能家居系統(tǒng)在應用過程中具有性能穩(wěn)定的優(yōu)點，除此之外，對家庭內部相關網絡的應用能夠實現無線控制家居設備。而且，在設計過程中，將智能手機的應用結合進來，對于設計的靈活性和效率大有裨益。因此基于基于Wi-Fi技術的智能家居系統(tǒng)開發(fā)非常具有前景。 4 結束語 隨著物質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注?；赥inyOS技術、基于Zigbee技術和基于Wi-Fi技術智能家居系統(tǒng)各有優(yōu)點，各具特色，研發(fā)