1、2.1.2 性能需求22.2 风扇、窗帘、排气扇子系统需求22.2.1 功能需求22.2.2 性能需求22.3 安防子系统需求32.3.1 功能需求32.3.2 性能需求32.4 设置背景图片32.5 帮助子系统32.6 搭建开发环境3第三章 概要设计53.1 系统概述53.2 用 QT 实现人机交互界面53.2.1 Qt 简介53.2.2 主界面视图53.2.3 LED 灯界面视图63.2.4 风扇界面视图63.2.5 呼叫界面视图73.2.6 设置界面视图73.3 基于 Zigbee 技术的无线控制技术83.3.1 Zigbee 的基本流程83.3.2 CC2430 无线模块93.4 Mi
2、cro 2440 开发板103.4.1 产品介绍103.4.2 Micro2440 硬件资源配置113.6 系统流程图12第四章 详细设计144.1 人机交互界面的开发144.1.1 主界面的设计方案144.1.2 LED 灯界面的设计方案154.1.3 风扇界面的设计方案164.1.4 呼叫界面的设计方案164.1.5 设置界面的设计方案174.2 串口读写的设置174.3 资源文件18第五章 编码实现195.1 主界面的实现195.1.1 主界面的展示195.1.2 主界面的关闭195.2 LED 灯界面的实现205.2.1 LED 灯的开和关205.2.2 LED 灯轮流闪烁215.3
3、风扇界面的实现215.3.1 电机的转动215.3.2 串口的操作215.4 呼叫界面的实现245.5 设置界面的实现24第六章 开发主机与目标机的连接266.1 防火墙和开发主机 IP 设置266.2 虚拟机 IP 设置266.3 接数据线276.4 设置超级终端相关参数27第七章 测试系统功能297.1 在目标机上运行程序297.2 测试子系统功能29结论31致谢32参考文献33附录35附录44太原科技大学学士学位论文第一章 绪论随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现家庭 智能的远程监控已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区 要实现六项智能
4、化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有 害气体的泄漏实行自动报警；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器； 系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管 理和控制。智能家居是以家为平台，兼备自动化、智能化于一体的高效、舒适、安全、便利、节能的住宅环境。智能家居系统是将家庭中各种与信息有关的通信设备、家用电器和 家庭保安装置通过家庭总线技术联网，进行有效的控制和信息交换，同时将家庭网络 与外网相连，利用远程监控系统，实现对家居的远程控制。智能家居系统是将相对独 立的家用电器构成一个统一的系统， 进而实现对这些设备和家庭环境的智能管理、
5、远程监控和资源共享。其目的是为人们提供一个安全、舒适、高效和便利的生活环境。ZigBee 短距离无线通信技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。本文解决了家庭智能嵌入式系统、ZigBee 无线通信、家电解码及编码、家居控制协议等相关技术难点，分析了其各自基本特点和所要实现的基本功能，并在此基础上提出了基于 Linux 嵌入式系统和 ZigBee 网络的智能家居系统的总体解决方案。结合 ZigBee 协议低成本、低功耗等相关特点进行研究分析
6、，在经济可行性方面， 实现智能家居系统是可行的。技术上，ZigBee 技术的发展正在不断的完善成熟，其 RF 无线电收发机的传输距离也可拓展到几千米的距离，用以实现智能家居系统也是可行的。59第二章 需求分析2.1 照明子系统需求灯光是任何地方都有的一个普遍存在，却也是最容易让大家忽略的一个东西，只把它当做一个照明确实是一个极大的浪费，灯光效果和环境的配合及其本身加以智能化的灯光效果变化，也能给人带来视觉上的艺术享受，打造出个性的魅力。2.1.1 功能需求（1） 根据不同的灯具，用不同的控制开关控制灯具的照明；（2） 能够实现灯光的自动闪烁功能。2.1.2 性能需求要求灯光控制系统稳定，不会出
7、现灯具不亮或者不能熄灭的情况，在短时间内按照指令执行，无延时。2.2 风扇、窗帘、排气扇子系统需求当早上起床时，发现需要自行把窗帘拉起来；当早上出门后突然想起家里的空调还没有关闭；当傍晚回家时，发现还需要打开空调来调节房间到一个适宜的温度；当晚上睡觉的时候，发现需要把窗帘放下来。这样会感到非常的麻烦，有必要设计一个智能控制系统来方便的控制家里的空调、风扇，这样使得自己的家更加的人性化、智能化。2.2.1 功能需求（1） 需要实现空调的开关功能；（2） 能够通过开关控制窗帘的卷起和展开；（3） 实现排气扇的正转和反转功能。2.2.2 性能需求要求打开（关闭）空调、风扇、窗帘的及时性，时间上无延时
8、，系统稳定，无差错。2.3 安防子系统需求安防子系统主要由一键报警及紧急呼救按钮组成。当有任何紧急情况发生，我们 都可以通过家居安防系统来实现报警、呼救功能。出现紧急情况只需要按下报警开关， 即可向外界发出警报，或向外界求助。2.3.1 功能需求（1） 当家中出现意外需要通知家人离开时，一键发出警报，使家人迅速撤离；（2） 当需要求助时，一键发出求助，能使邻居收到求助信号。2.3.2 性能需求安防系统一般都要求及时可靠，需要的时候按下按钮即可报警，不需要的时候不会自动报警。要求系统稳定、可靠。2.4 设置背景图片能够通过点击按钮设置不同的系统背景图片。2.5 帮助子系统能够给用户提供系统的使用
9、说明。2.6 搭建开发环境 基于高性能 ARM9 内核：S3C2440 搭载操作系统：内核版本 Linux2.6.33 人机交互界面：QT4.5.3 无线控制技术：Zigbee 技术开发该系统前，需要在开发主机上安装 VM 虚拟机 8.0 版本，安装 Linux 映像文件， 这里我用的是安装 Ubuntu 10.04，在虚拟机上 Linux 环境下做开发。需要配置的一些服务软件，包括： 配置 TFTP 服务器； 配置 NFS 服务器； 安装交叉编译器：在开发主机运行编译器编译内核、应用，而内核和程序要在目标机上运行，这个编译过程称为交叉编译。编译器运行在开发主机（通常是 X86 体系的 PC
10、机）上，编译出的代码是目标机体系结构的，如：ARM。我们需要在 2440 开发板上运行虚拟机里 Linux 环境下开发的系统，所以需要安装交叉编译器，以保证系统能够在开发板上正常运行。 Linux 内核配置； 为应用程序运行准备 QT 库文件：运用 QT 跨平台开发框架进行系统界面的开发。整体的开发环境搭建体系如图 2.1 所示：图 2.1 环境搭建体系第三章 概要设计3.1 系统概述这里的研究以实验的形式进行的，用 CC2430 无线模块来模拟系统：（1） 用指示灯来模拟灯具；（2） 用电机的转动来模拟空调、换气扇、窗帘的转轴；（3） 用蜂鸣器来模拟警报器。3.2 用 QT 实现人机交互界面
11、3.2.1 Qt 简介Qt 是一个跨平台 C+图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发 GUI 程式， 也可用于开发非 GUI 程式。Qt 是面向对象语言，易于扩展，并且允许组件编程。Qt 的良好封装机制使得 Qt 的模块化程度非常高，可重用性较好Qt Creator 是一个用于 Qt 开发的轻量级跨平台集成开发环境。 Qt Creator 包含了一套用于创建和测试基于 Qt 应用程序的高效工具，包括 一个高级的 C+ 代码编辑器、上下文感知帮助系统 、可视化调试器、源代码管理、项目和构建管理工具等。关闭帮助设置娱乐呼叫风扇灯光3.2.2 主界面视图图 3.1 主界面功能分布图应用 Qt C
12、reator 的设计工具设计出主界面的基本视图，在后续的开发中，能够通过主界面来实现不同子系统界面之间的跳转；能够退出系统，关闭界面。RETURNLED4AUTOLED3LED2OFFLED13.2.3 LED 灯界面视图图 3.2 LED 灯界面功能分布图应用 Qt Creator 的设计工具设计出 LED 灯界面的基本视图，在后续的开发中， 能够通过反复点击 LED1 - LED4 来控制 4 个 LED 灯的与熄灭；能够通过点击 OFF 按钮来关闭所有的 LED 灯；能够通过点击 AUTO 按钮来控制 4 个 LED 灯循环点亮和熄灭；通过 RETURN 按钮返回主界面。3.2.4 风扇
13、界面视图风扇反传风扇正传图 3.3 风扇界面功能分布图应用 Qt Creator 的设计工具设计出 风扇界面的基本视图，在后续的开发中， 能够通过点击风扇正转（风扇反转）来控制风扇的转动方向；能够通过点击OFF按钮来关闭风扇的转动；打开3.2.5 呼叫界面视图图 3.4 呼叫界面功能分布图应用 Qt Creator 的设计工具设计出 呼叫界面的基本视图，在后续的开发中， 能够通过点击打开按钮来打开蜂鸣器；能够通过点击关闭按钮来关闭蜂鸣器；通过RETURN 按钮返回主界面。LASTNEXT3.2.6 设置界面视图图 3.5 设置界面功能分布图应用 Qt Creator 的设计工具设计出 呼叫界面
14、的基本视图，在后续的开发中， 能够通过点击 NEXT 按钮设置下一张图片为主题背景；能够通过点击 LAST 按钮设置最后一张图片为主题背景；3.3 基于 Zigbee 技术的无线控制技术Zigbee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。3.3.1 Zigbee 的基本流程发送命令Zigbee 控制器在检测到按键时，要判断按键将要进
15、行的操作，检测完成后，一方面显示屏页面按照按键命令产生变化；另一方面控制器控制相关部件进行相应的功能操作。其基本流程图如图 3.6 所示：开始检测到按键判断按键将要进行的操作 Y是否有数据NY是否延时准备下次界面操作等待数据图 3.6 Zigbee 控制器的流程图3.3.2 CC2430 无线模块CC2430芯片是一款符合 ZigBee 技术的2.4 GHz 射频系统单芯片。在单个芯片上整合了 ZigBee 射频（RF）前端、内存和微控制器。采用0.18 m CMOS 工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 或25 mA。CC2430芯片适用于各
16、种 ZigBee 的无线网络节点。采用 IEEE802.15.4标准，利用全球共用的公共频率2.4 GHz，应用于监视、控制网络时，其具有非常显著的低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远等优势，目前被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。CC2430 芯片的主要特点如下： 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。 集成符合 IEEE802.15.4 标准的 2.4 GHz 的 RF 无线电收发机。 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。 在休眠模式时仅 0.9 A 的流耗，外部的中断或 RTC 能唤醒系统;在待机模式时少于 0.6 A 的流耗，外部的中断能唤醒系统。 硬件支持 CS
17、MA/CA 功能。 强大和灵活的开发工具。 通信协议：波特率 115200，数据位 8，停止位 1，无校验位。图 3.7 协调器和控制器3.4 Micro 2440 开发板3.4.1 产品介绍Micro2440 是一个双层电路底板，核心板采用 6 层板设计，并使用等长布线以满足信号完整性要求。从调试开发和方便维修的角度，主要芯片均放置在顶层；为了方便拔插和引出更多的 CPU 信号脚，核心板采用 2.0mm 间距“U”型排列插针。Micro2440 开发板采用了三星 S3C2440A 处理器，该处理器基于 ARM920T 内核，工作频率 400 MHz,0.13m 的工艺制造，具有高性价比、低功
18、耗、高性能的特点,同时内部集成了 LCD、CMOS 摄像头等接口模块，能够高速快捷地完成视频信号处理，而且丰富的外围接口提供了系统良好的扩展特性。Micro2440 其实是一个最小系统板，它包含最基本的电源电路（5V 供电）、复位电路、标准 JTAG 调试口、用户调试指示灯、以及核心的 CPU 和存储单元等。其中 FLASH 存储单元包含 NAND FLASH 和 NOR FLASH 两种类型，通过跳线 J1 可以选择从 NAND 或NOR 启动系统。一般 NORFLASH 里面放置的是不经常更改的 BIOS（我们采用的是supervivi），NAND FLASH 里面则烧写完整的系统程序（b
19、ootloader、内核、文件系统等）。图 3.8 Micro2440 开发板3.4.2 Micro2440 硬件资源配置 CPU- Samsung S3C2440A，主频 400MHz，最高 533Mhz SDRAM- 在板 64M SDRAM- 32bit 数据总线- SDRAM 时钟频率高达 100MHz Flash Memory- 在板 256M Nand Flash, 掉电非易失- 在板 2MNorFlash，掉电非易失，已经安装 BIOS（用户可自行更换为其他bootloader） 接口和资源- 1 个 56 Pin 2.0mm 间距 GPIO 接口 PA- 1 个 50Pin 2
20、.0mm 间距 LCD & CMOS CAMERA 接口 PB- 1 个 56 Pin 2.0mm 间距系统总线接口 PC- 在板复位电路- 在板 10Pin 2.0mm 间距 JTAG 接口- 4 个用户调试灯 供电- 外接+5V 尺寸- 63 x 52 mm OS Support- Linux 2.6- WindowsCE 5.0- uCos23.6 系统流程图系统运行之后，整个应用程序的流程如图 3.9 所示：接收用户触发信号串口控制蜂鸣进入系统设置界面输出帮助信息失败判断正确接收用户指令判断指令启动相应程序将指令写入串口错误信息相应的 LED 等执行开关动作电机执行开关动作蜂鸣器执行开
21、关动作图 3.9 系统流程图打开串口后，需要判断串口打开是否正确，这里的串口指的是开发板与 Zigbee 协调器之间的串口。如果串口打开失败，目标机（Micro2440）的显示屏上依然可以进行操作，但是控制器不会执行相应的指令。接收用户指令后的判断指令动作，是判断用户想做什么样的操作，然后将指令写入目标机与协调器直接的串口，协调器发出指令，控制器接收到指令，控制相应部件执行相应动作。整个系统开发采用宿主机-目标机模式，如图 3.10 所示：图 3.10 宿主机-目标机模式 宿主机为开发主机，目标板为 Micro2440 开发板。第四章 详细设计4.1 人机交互界面的开发Qt 设计师（QtDes
22、igner）为程序员们提供了一张可视化设计能力，可以用于开发应用程序的所有或部分窗体。Qt 设计师所创建的窗体最终仍旧是 C+代码。图 4.1 Qt Designer 开发界面使用 Qt Designer 设计对话框一般有以下几个步骤： （1） 创建窗体并在窗体中放置各种空间；（2） 对窗体进行布局设计；（3） 设置个空间的表现顺序； （4） 创建信号和槽；（5） 连接信号和槽。在以下的各个界面的设计方案中，第一步创建窗体和第二步窗体布局均按照自己喜欢的方式进行布局，此处不做赘述。信号和槽的相关设计在编码实现中进行说明。4.1.1 主界面的设计方案主界面的设计方案按照概要设计中的界面试图方案进行设计，创建出窗体并依图进行布局设计。（后面的 LED 灯界面、风扇界面、呼叫界面、设置界面等均按照概要设计中的视图方案进行设计。）图 4.2 主界面窗体及空间布局主界面的窗体选用 Widget 类
