基于嵌入式Linux的智能家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

要 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于家 庭安全，居住舒適，生活便捷等方面的要求越來越高。本論文正 是在順應(yīng)了人們這些需求之下，以嵌入式 操作系統(tǒng)，以 硬件基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)由中央處理器集中控制和管理的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該 系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)器功能，不僅可以通過互聯(lián)網(wǎng)終端上的 覽器網(wǎng)絡(luò)控制和訪問連接在家居網(wǎng)絡(luò)中所有的電器設(shè)備（如照明，家電，溫濕度監(jiān)控，空氣監(jiān)測(cè)，視頻監(jiān)控等） ，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居溫濕度環(huán)境和室內(nèi)空氣質(zhì)量情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 本文是在分析了各種家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的優(yōu) 缺點(diǎn)，并對(duì)各種實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了深入研究之后，研究并開發(fā)了一 個(gè)基本可以滿足用戶需求的嵌入式智能家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下： 1. 給出了一個(gè)完整的 能家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的方 案選型（包括嵌入式處理器的選型，硬件平臺(tái)的搭建，嵌入式操作系統(tǒng)的選型， 整個(gè)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)）和確定都做了詳細(xì)的論證。 2. 在 代碼的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的硬件配置重新設(shè)計(jì)了與 系結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的代碼， 實(shí)現(xiàn)了 啟動(dòng)方式。添加了 載功能，修改了 卡驅(qū)動(dòng)。添加了 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了燒寫任意字節(jié)大小的的內(nèi)核和 件系統(tǒng)的功能。實(shí)現(xiàn)了直接引導(dǎo)式的內(nèi)核鏡像的功能。 3. 對(duì)各個(gè)硬件模塊的控制原理都進(jìn)行了詳細(xì)的分析，開發(fā)了電燈驅(qū)動(dòng)程序，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序， 溫濕度監(jiān)控驅(qū)動(dòng)程序以及空氣監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)程序，并對(duì)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)所涉及到的如內(nèi)核定時(shí)器，中斷處理，阻塞型輸入輸出，并發(fā)控制等技術(shù)及設(shè)計(jì)技巧都進(jìn)行了研究 。最后對(duì)各個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)都做了測(cè)試和驗(yàn)證。 4. 在嵌入式 務(wù)器的基礎(chǔ)上， 使用 術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)了一整套應(yīng)用程序，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)該 系統(tǒng)進(jìn)行了整體測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)完成了預(yù)期功能，具有良好的穩(wěn)定 性和可靠性，易于使用。相比于同類嵌入式家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)方案，在軟硬件成本和開發(fā)周期方面有一定的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞： 智能家居，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，嵌入式 備驅(qū)動(dòng)程序 of of of is In is to of It is PU a by a to on E to is to (as , of of a of to as 1. a a s of of in of 2. On of on of is to 3PU to a a to a to in of is 3. a of of DC as as a of as a of of . On of EB to a of an in of to in 錄 第一章 緒論 . 1 究背景及意義 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 課題研究內(nèi)容 . 3 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方案確定 . 5 言 . 5 統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) . 5 統(tǒng)硬件方案選型 . 7 控制器選型 . 7 統(tǒng)硬件平臺(tái)選型 . 7 統(tǒng)模塊擴(kuò)展 . 9 統(tǒng)硬件方案確定 . 9 統(tǒng)軟件方案選型 . 10 入式操作系統(tǒng)選型 . 10 統(tǒng)軟件方案確定 .統(tǒng)整體方案確定 . 12 結(jié) . 12 第三章 系統(tǒng) 植 . 13 言 . 13 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)上的移植 . 13 一階段關(guān)鍵技術(shù)研究 . 15 二階段關(guān)鍵技術(shù)研究 . 21 結(jié) . 27 第四章 嵌入式 作系統(tǒng)移植 . 29 言 . 29 入式 作系統(tǒng)移植 . 29 文件系統(tǒng)制作 . 32 入式 務(wù)器移植 . 33 結(jié) . 34 第五章 系統(tǒng)硬件接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā) . 35 言 . 35 符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架分析 . 36 符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序簡介 . 36 符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)作方式 . 36 燈驅(qū)動(dòng)程序 . 39 燈控制原理 . 39 燈驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) . 40 試結(jié)果 . 43 調(diào)驅(qū)動(dòng)程序 . 44 流電機(jī)控制原理 . 44 流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) . 46 果分析 . 48 簾驅(qū)動(dòng)程序 . 49 進(jìn)電機(jī)控制原理 . 50 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) . 51 果分析 . 56 濕度驅(qū)動(dòng)程序 . 57 濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸 . 57 濕度驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) . 59 果分析 . 62 氣檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序 . 63 氣檢測(cè)模塊的工作原理 . 63 氣檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) . 64 果分析 . 65 第六章 系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)及性能測(cè)試 . 67 言 . 67 統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì) . 67 統(tǒng)主頁面設(shè)計(jì) . 69 絡(luò)家電控制程序設(shè)計(jì) . 71 濕度環(huán)境監(jiān)控程序設(shè)計(jì) . 72 氣質(zhì)量檢測(cè)程序設(shè)計(jì) . 73 絡(luò)視頻監(jiān)控程序設(shè)計(jì) . 73 統(tǒng)性能測(cè)試 . 75 第七章 結(jié)論與展望 . 77 結(jié) . 77 望 . 77 致 謝 . 79 參考文獻(xiàn) . 80 攻碩期間取得的研究成果 . 83 目錄 圖 2統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖 . 5 圖 2統(tǒng)主板的硬件配置圖 . 7 圖 2展板總線接口圖 . 9 圖 2統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 . 10 圖 2統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 . 3基本功能 . 13 圖 3啟動(dòng)流程 . 14 圖 3存器的格式 . 15 圖 3操作流程圖 . 19 圖 3內(nèi)存分布圖 . 20 圖 3動(dòng)中個(gè)層之間的函數(shù)調(diào)用關(guān)系 . 21 圖 3層驅(qū)動(dòng)中函數(shù)修改情況 . 22 圖 3啟動(dòng)界面 . 28 圖 4間分配結(jié)果圖 . 30 圖 4統(tǒng) 啟動(dòng)界面 . 34 圖 5備驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)中隨處的位置 . 35 圖 5符設(shè)備讀取數(shù)據(jù)流程圖 . 36 圖 5用程序調(diào)用字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式圖 . 37 圖 5-4 數(shù)和 數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系 . 37 圖 5-5 數(shù)和 數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系 . 38 圖 5-6 數(shù)和 數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系 . 38 圖 5-7 數(shù)和 數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系 . 38 圖 5-8 數(shù)和 數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系 . 39 圖 5燈控制電路 . 39 圖 5燈驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試 . 43 圖 5調(diào)控制電路 . 45 圖 5的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖 . 46 圖 5核定時(shí)器中斷處理函數(shù) . 48 5調(diào)驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試結(jié)果 . 49 圖 5簾控制電路 . 50 圖 5數(shù)的調(diào)用關(guān)系圖 . 52 圖 5數(shù)的執(zhí)行流程 . 55 圖 5進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試結(jié)果 . 56 圖 5- 19 路接線圖 . 57 圖 5位時(shí)序 . 58 圖 5 據(jù)流程 . 58 圖 5號(hào) 0時(shí)序圖 . 59 圖 5號(hào) 1時(shí)序圖 . 59 圖 5動(dòng)程序框架 . 60 圖 5)函數(shù)的程序流程 . 62 圖 5濕度驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試結(jié)果 . 62 圖 5氣檢測(cè)模塊電路 . 63 圖 5D 轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行流程 . 64 圖 5- 29 空氣檢測(cè)驅(qū)動(dòng)測(cè)試結(jié)果 . 66 圖 6作流程示意圖 . 67 圖 6統(tǒng)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)框圖 . 68 圖 6統(tǒng)的登陸界面 . 70 圖 6-4 序處理過程 . 70 圖 6統(tǒng)主頁 . 71 圖 6絡(luò)家電 序結(jié)構(gòu)框圖 . 71 圖 6絡(luò)家電控制頁面 . 72 圖 6濕度監(jiān)控頁面 . 72 圖 6濕度監(jiān)控頁面 . 73 圖 6氣質(zhì)量檢測(cè)頁面 . 73 圖 6作流程 . 74 圖 6絡(luò)視頻監(jiān)控測(cè)試結(jié)果 . 75 X 表目錄 表 3處理器中 存器的格式 . 16 表 5燈控制真值表 . 40 表 5流電動(dòng)機(jī)的功能描述 . 44 表 5流電動(dòng)機(jī)的控制電路真值表 . 45 表 5進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功能描述 . 49 表 5極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)操作順序表（ 1 相勵(lì)磁法） . 50 表 5極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)操作順序表（ 2 相勵(lì)磁法） . 51 表 5極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)操作順序表（ 1勵(lì)磁法） . 51 表 6統(tǒng)頁面文件功能說明 . 68 1第一章 緒論 究背景及意義 近年來，隨著人民生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 ，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動(dòng)控制技 術(shù)的日新月異和迅猛發(fā)展，大大促進(jìn)了社會(huì)信息化網(wǎng)絡(luò)化的加速。在信息化網(wǎng)絡(luò) 化的浪潮中，人們的生活習(xí)慣與工作方式也在悄然發(fā)生著變化。住宅自動(dòng)化，網(wǎng) 絡(luò)化，智能化、可隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程控制化也逐漸成為了社會(huì)的迫切需求，智能家居 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)正是在適應(yīng)了人們的這些需求之下應(yīng)運(yùn)而生。 當(dāng)前，以 為代表的 32 位嵌入式處理器正經(jīng)歷了前所未有的發(fā)展，處理速度和控制能力都在朝著 方向發(fā)展，甚至已經(jīng)越來越接近桌面電腦；而功耗卻越來越低，價(jià)格也越來越便宜。 未來智能家居監(jiān)控裝置是否可以長期有效和不間斷地穩(wěn)定運(yùn)行，并且在性價(jià)比方 面能否吸引更多的客戶，使用超低功耗的嵌入式處理器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能家居網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控產(chǎn)品發(fā)展空間很大；又因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的介入徹底改變了傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的設(shè) 計(jì)和應(yīng)用。因此采用面向特定應(yīng)用，面向互聯(lián)網(wǎng)，在功能、可靠性、成本、體積、功耗都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的 理器設(shè)計(jì)的智能家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)將大有可為。 同時(shí)在軟件方面， 以嵌入式 為代表的嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)正迅速崛起，主要是由于人們對(duì)自由軟件的渴望與嵌入 式系統(tǒng)應(yīng)用的特制性，要求提供系統(tǒng)源碼層次上的支持，而嵌入式 適應(yīng)了這一需求，相比其它幾種商用操作系統(tǒng)(如 )，它不僅具有免費(fèi)開源、系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高、內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，而且在開發(fā)工具 成熟，可以自由裁剪，更容易得到技術(shù)支持等方面的優(yōu)勢(shì)也非常明顯。 因此使用嵌入式 作系統(tǒng)是降低產(chǎn)品成本和縮短開發(fā)周期最重要的因素。毫無疑問，嵌入式 最適于開發(fā)性價(jià)比更高的智能家居網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的操作系統(tǒng)。 總而言之，使用 控制器和嵌入式 作系統(tǒng)開發(fā)的嵌入式智能家居網(wǎng)