基于物聯網技術的智能家居系統40本科畢業論文(更新版)

　　

【正文】 y_to_user 。 如下圖所示，光電傳感器有三個引腳，紅線和綠線分別連接電源正負極，黃線是信號輸出線 ，當傳感器沒有檢測到東西時，信號線輸出高電 平信號，當傳感器感應到前方有東西時，輸出低電平信號 。 鍵 盤 掃 描計 算 鍵 值建 立 有 效 標 志有 鍵 閉 合延 遲 去 按 鍵 抖 動閉 合 鍵 釋 放返 回建立無效標志找 到 閉 合 鍵掃 描 鍵 盤NNNNYY 圖 4*4 鍵盤掃描程序 一開始在程序初始化某一個密碼， 程序不斷檢測用戶輸入，當用戶輸入正確密碼時即打開門，同時 系統將不再接收由紅光電感器輸入的中斷信號，有人強行打開門時，屋內光電傳感器檢測到異常信號 ，系統執行中斷服務程序，接著向 ISD1760 語音芯片發送觸發信號進行語音報警。 S3C2440開發板的 AD轉換器會把輸入的模擬電壓信號轉換成 01023之間的數字，轉換成的數字越大，說明電壓越大即 煙霧濃度越大。 MQ2 氣體傳感器輸出的是電壓信號，處理器要把相應的電壓值轉換成對應的數值， S3C2440 自帶了 AD 轉換的功能， AD 轉換芯片在嵌入式系統中對應的設備文件“ devadc” ， 首先系統調用函數 int fd_adctest=open(―devadc‖,O_RDWR)打開嵌入式設備中的 AD 轉換設備，打開設備失敗返回 1，以后的系統函數就可以使用 fd_adctest來對設備進行操作。 為便于調試，該驅動模塊沒有內核驅動方式配置，而是以模塊方式配置，所以每次使用的時候必須通過運行 insmod 命令加載模塊。s~12181。 系統首先保存用戶的電話號碼，當用戶收到消息時，首先判斷是否是智能家居系統對家電發送了消息，如果是系統的主人發送的控制命令， 系統接著 對短信進行解析， 最后 控制器對家電進行控制。在開發中我們用的是 GSM 集成模塊 ， 模塊把我們需要使用的引腳都接了出來 ， 開發時只有提供電源和接上 MAX232 電路即可。 int Length=1024。控制模式標志 unsigned short c_lflag。開發板的內核源代碼自帶了串口驅動程序 ， 在開發時我們不需要自己編寫驅動。下面做簡單介紹： ? bin 存放 root 與普通賬號的命令，由于這些命令在掛接其他文件系統之前就可以使用，所以 bin 目錄和根文件系統在同一個分區中。然后執行“ make menuconfig‖，打開內核配置界面，配置好內核后通過執行“ make zImage‖命令編譯內核，編譯結束后在 archarmboot 目錄下生成 Linux 內核映像文件 zImage。 Linux 最早是由芬蘭黑客 LinusTorvalds 為嘗試在英特爾 x86架構上提供自由免費的類 Unix 操作系統而開發的 。通過這段代碼實現硬件的初始化，建立內存空間的映射圖，為操作系統內核準備好硬件環境并引導內核的啟動。 必須解壓安裝好 root_qtopia 目標板文件系統包。 建立交叉編譯環境 在 Linux 平臺下，要為開發板編譯內核，圖形界面 Qtopia， bootloader，還有其他一些應用程序，均需要交叉編譯工具鏈。系統主要采用 C 語言作為基本開發語言，在嵌入式開發中，語言的可移植性很重要。 嵌入式操作系統選擇了嵌入式Linux[10]。操作系統的選擇會對成本有著重要的影響。近來的市場需求顯示，越來越多的嵌入式系統，均要求提供全功能的 Web 瀏覽器。當進行嵌入式軟件開發時，可移植性是要重點考慮的問題。目前，網絡上研究 WinCE 的開發團隊越來越多，其資源也逐漸豐富起來 ，可以說是新的趨勢。 ? PalmOS 在個人數字助理（ PDA）市場上， PalmOS 全球知名、使用人數最多的 PDA 操縱系統。 μ COSII 主要面向中小型嵌入式系統，具有執 行效率高、占用空間小、結構簡潔、實時性能優良和可擴展性強等特點，最小內核可編譯至 2KB，一般情況下占用 10KB數量級。 嵌入式 Linux 的主要特征如下： （ 1） 高性能、可裁剪的內核 :其獨特的模塊機制使用戶可以根據自己 的需要，實時地將某些模塊插入到內核或從內核中移走，很適合與嵌入式系統的小型化需要。 圖 繼電器原理圖 ARM 是一個弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在電壓為 5V 甚至更低、驅動電流在 mA 級以下，而要把它的輸出用于一些大功率場合，比如控制步進電機，很顯然是不可行的。此芯片內有振蕩器，可通過外部電阻來調節其振蕩頻率；還有帶自動增益控制（ AGC）的話筒運放，模擬線路輸入。光電傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。本系統將 DS18B20 的信號線與 S3C2440 的 GPE0 引腳連接，如下 面 圖 所示。 ? 不需要外圍任何元件。 ? 串口通訊波特率： 300bps...115kbps 。 ? 電源：單電源 ～ 。 ? 1 個 40 pin 系統總線接口。目前，主要采用國外的一些技術產品，但也有一些企業推出了自己的產品，主要有： （ 1） e 家庭（ 海爾），該系列產品以海爾電腦作為控制中心，各種網絡家電作為終端設備，海爾移動電話作為移動數字控制中心。但是由于系統架構、靈活性及產品價格等方面還難以達到要求，所以目前在國內還較少應用。 目前市場上出現得智能家居控制系統主要有： （ 1） X10 系統（美國），該系統是利用電力線作為網絡平臺，采用集中控制方式實現。 2020 年，新加坡有近 30 個社區的約 5000 戶家庭采用了這種家庭智能化系統，而美國的安裝住戶高達 4 萬戶。 該設計 通過對智能家居系統的分析，確定了總體架構設計。 在當前市場中，智能家居相比傳統家居、建材行業所占的市場份額還是微乎其微。把與家庭生活有關的各種子系統有機結合在一起統一管理，使生活舒適、安全、和高效，具有良好的發展前景。因此 可總結出 ，物聯網的定義是：通過射頻識別（ RFID）、光電 感應器、全球定位系統、激光掃描器信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體 與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的 規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。1 1 畢業設計 (論文 ) 題目 基于物聯網技術的智能家居系統 畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明 原創性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。這里包括兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，它是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。 “智能家居”，又稱智能住宅，是通過采用先進的計算機技術、網絡通信技術和綜合布線技術，建立一個由家庭安全防護系統、網絡服務系統和家庭自動化系統等組成的家庭服務與管理集成系統，從而實現全面、安全、舒適的居住環境以及便利的通訊網絡家庭住宅。隨著人類的應用需求和住宅智能化的發展，智能家居系統將擁有更豐富的內容，系統也越來越復雜，功能也越來越齊全。 本設計利用 32位嵌入式 ARM處理器 S3C2440作為智能家居控制系統的核心控制器 ，運用高性能、接口 豐富、方便移植與擴展性好等優點，并且利用嵌入式操作系統實時性強、可靠性高、資源豐富等優勢，將嵌入式技術作為智能家居控制器的開發平臺，使智能家居控制系統的應用開發能夠變 為在嵌入式平臺上的二次開發，從而縮短開發周期，并且節約資源。它只是采用計算機系統對大樓的空調、電梯、照明等設備進行監控，并提供語音通信、電子郵件、情報資料等方面的信息服務。此外，日韓新等國的龍頭企業紛紛致力于家居智能化的開發，對家居市場更是躍躍欲試。 它的優點在于利用的產品對系統進行擴展，系統較為成熟，比較適合中國國情。 我國的智能家居相對于國外起步較晚， 尚未形成一定的國家標準。 ? 擴展接口： ? 1 個 34 pin 接口。 本系統采用 TC35 對家電進行遠程監控， TC35 的主要特征如下： ? 信息傳送內容：語音和數據。 ? 模塊復位：采用 AT 指令或掉電復位 。 ? 測量結果以 9~12 位數字量方式串行傳送。 DS18B20 與 ARM 處理器的接口十分簡單，只需要將 DS18B20 的信號線與控制線的一位雙向端口連接即可。 ? ?RLsL RLVc VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見紫外光輻 射）轉變成為電信號的器件。芯片內有存儲管理系統來管理多段語音，這樣在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。當收到特定的短信要把家電打開時， MCU 通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當需要關閉家電時，也是通過繼電器關閉家電。商品化嵌入式操縱系統大都沒有公開其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了 開發者的積極性，當前國家隊研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開發的 Linux 的推廣提供了廣闊的發展前景。μ COSII 是一種免費、開放源代碼、結構小巧、基于可搶占優先級調度的實時操作系統，其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能。 VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中。這個模塊化、可自訂的作業系統將 Windows 平臺延伸到桌面之外，到達更小、更機動性、更特別的裝置之上，然而它的 Windows 血統則確保了它的相容性，并且支援了更廣泛的開發基礎。也就是平臺無關性。其它有些實時操作系統由于比較封閉，開發時可以利用的資源比較少，因此多數功能需要自己獨立開發，從而影響開發進度。成本是所有產品不得不考慮的問題。操作系統的主要目的是方便開發友好的人機界面，縮短開發周期，提高系統的穩定性。 本設計采用 YAFFS2 文件系統，可以讀寫保存。此次設計用開發板自動的 armqtopia 設計 qt 運行界面。 ? 首先安裝 NFS 服務器 一般情況下系統默認按照好 NFS 服務，系統不默認安裝的話，只需要下載兩個安裝包安裝即可： ? nfsutils*(包括基本的 NFS 命令與監控程序 ) ? portmap*(支持安全 NFS RPC 服務的連接 ) ? 接 著需要共享 Linux 系統和開發板目錄。一個同時裝有 BootLoader、內核 的啟動參數、內核映像和根文件系統映像的固態存儲設備的典型空間分配結構圖如圖 圖 空間分配結構圖 BootLoader 介紹 簡單的說 bootloader 是一段程序，它的作用就是加載操作系統， BootLoader（引導加載程序）是系統加電后運行的第一段軟件代碼 [12]。它是一個用 C 語言寫成，符合 POSIX標準的類 Unix 操作系統。首先把內核代碼解壓安 裝在 工 作目錄 optFriendlyARMmini2440 ， 進 入內核代 碼根目錄， 執行“ cp config_mini2440_t35 .config_t35‖使用缺省的配置文件。根文件系統的基本目錄結構一般包括： bin， sbin， etc， proc， dev， bin， usr， lib， tmp 等，如有需要可再添加。 S3C2440 本身自帶了 3 個串口 UART0、 2，其中 UART0做了 RS232 電平轉換， UART UART2 輸出的點平是 TTL 電平，但是從 NFS 啟動系統需要用到 UART0， 我們開發時用到 UART2， 中間經過 232 電路與 GSM 模塊連接。輸出模式標志 unsigned short c_cflag。 發送數據： char buffer[1024]。這 40 個引腳可以劃分為 5 類 ， 即電源、數據輸入輸出、 SIM 卡、音頻接 口和控制。 要控制家電，首先系統要識別是什么用戶向系統發送了消息，而且系統還要識別受到消息的內容 ，從而對家電進行控制。初始化協議定義復位和存在脈沖時序，數據執行協議定義處理器讀 0 讀 1時序和寫 0 寫 1 時序，所有的命令和數據以字節發送，并且低位在前 ， 高位在后 ，DS18B20 數據通信時序圖如圖 所示： 圖 DS18B20 數據通信時序圖 處理器將單線總線 DQ 從邏輯高電平拉為邏輯低電平時，啟動一個寫時序，所有的寫時序必須在 60181。讀出溫度值，然后利用 copy_to_user 函數返回給用戶層。根據傳感器輸出的電壓大小判斷環境中可燃性氣體濃度的大小。而 sR 的下降則會導致 MQ2 的 4 腳、 6 腳對地輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，其輸出電壓也會增大 。鍵盤掃描算法如圖 所示。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，