基于ARM和ZigBee的智能家居系统资料下载.pdf
- 文档编号:5980815
- 上传时间:2023-05-05
- 格式:PDF
- 页数:5
- 大小:774.95KB
基于ARM和ZigBee的智能家居系统资料下载.pdf
《基于ARM和ZigBee的智能家居系统资料下载.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ARM和ZigBee的智能家居系统资料下载.pdf(5页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
10007024(2011)061987-04SmarthomesystembasedonARMandZigBeeWUWenzhon91LIWan1ei2(1CenterofExperimentalTeaching,GuangdongUniversityofFinance,Guangzhou510521,China;
2DepartmentofElectronicEngineering,CollegeofInformationScienceandTechnology,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)Abstract:
Forcollectinginformationofequipmentsandapplications,andalsotransmittingcommands,asmarthomesystembasedonARMandZigBeeisdesignedTheembeddedsystemCancontrolthetransmissionanddataprocessingItCaninteractwithIntemetandCDMAcellularnetworksUserscancontrolthesystemnotonlybytheembeddedterminals,butalsothelaptopandmobilephoneFinally,experimentsontheperformanceoftheZigBeenetworkorganizedbyhouseequipmentsandapplicationsarecarriedoutandtestsaboutthevideotransmissionoftheembeddedterminalsaremadeResultsshowthatthissystemcallmeetthedemandsofthecommonsmarthomeapplicationsKeywords:
ARM;
smarthome;
NS2;
CDMAO引言随着人们对家居设施的要求越来越高,智能家庭和物联网成为了研究热点“卅。
为了更好地使家居设备互联互通而形成一个系统以及实现对家居设施的有效控制,本文设计了一个基于ARM9的家居设备控制系统,该系统一方面可以通过对家居设施的有效控制实现节能环保和安全的家庭生活,另一方面通过方便的智能化操作提高人们生活质量,可满足家居系统的一般应用需求。
l系统组成与硬件设计11系统网络组成家居系统网络结构如图l所示,主要包括4种网络。
ZigBee网络主要包括用于采集设备状态信息和环境参数的各种传感器,另外,用于和嵌入式系统沟通的转换控制电路主要实现对家居设施的状态采集以及信息传输。
ZigBee网络遵循图l家居系统网络结构IEEE802154规范,具有高效经济的特点,功耗和复杂度都非常低,适合近距离和速率要求不高的场合,因此非常适用于家居设备间传输控制信息。
基于ARM9的嵌入式系统组成的网络主体部分是基于s3e2440的处理控制模块,负责对各种数据的处理并提供方便的人机交互界面,还负责与各种网络进行通信,是智能家居系统的核心部分。
Interact与蜂窝网为用户提供了远程访问控制家居系统的方式,例如用户可以在外出时用手机和笔记本电脑灯装置来监控家里各种设备的情况,在酬家前提前打开空调、热水器等电器,在忘记关掉某些设备收稿日期:
20100722;
修订日期:
20100930。
作者简介:
吴文忠(1968一),男,广东潮州人,硕士,高级实验师,研究方向为ZigBce网络、计算机网络;
李万磊(1982一),男,湖北武汉人,硕士,研究方向为ZigBee网络、网络多媒体。
E-maihwwz9888126com万方数据19882011,V0132,No6计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign时可以远程控制关闭以节约电源;
在早晨闹钟响起前几分钟自动打开遮光窗帘、咖啡机和热水器自动工作。
同时用户也可以用CDMA手机和Interact上的服务器进行交互操作。
12系统硬件框架本系统的硬件结构如图2所示。
安装在家居设备上的各种传感器和转换控制电路负责采集设备环境信息并控制具体的设备。
信息的传递通过DigiInternational公司生产的XBee模块组建的ZigBee网络来进行。
ZigBee技术基于IEEE802154标准,而该标准提供了动态信道选择、空闲信道评估等抗干扰机制。
ZigBee使用的频段为24GHz,在距离大于lm的范围不会对微波炉、无绳电话等家庭设备产生明显的干扰。
XBee室内传输距离为100m,接收灵敏度为102dBm,功耗低,速率达250kbps,完全可满足设备间的通信需求,而且测试和配置都非常方便。
摄像头负责对室内环境以及门口情况的监控,采集到的数据交由s3c2440处理,可以进行存储或者发送到互联网或者手机。
S3C2440作为主要的处理器和控制器,拥有400MHz的CPU、64M的FLASH和“M的SDRAM。
音频口接音频设备进行语音播报提醒等,这些都由程序设置、控制。
触摸屏负责进行人机交互,无线通信模块负责各个嵌入式终端之问的通信,这里采用DLink公司的嵌入式无线网卡模块DWLG122,它支持USB接121,基于IEEE8021lbg组网,最大传输速率可达54Mbps,可进行流畅的视频传输,它室内传输距离可以达到100米左右,网口还提供了与Interact的互联。
SD卡作为数据存储设备。
总的来说,用户可以通过嵌入式终端上的界面来查看室内空调、热水器、电灯、窗帘、安防系统、电视等的使用状态,根据需要调整这些设备,还可以进行远程操作,这样可以有效节约时间和能源,安全性也更高。
系统内部通过ASlll733产生33V的电压。
触摸屏选用NEC公司生产的NL2432HC2222B,它是_款TFT活动阵列色的LCD。
视频模块采用中星微的视频采集芯片ZC0301。
与蜂窝网互联采用CDMA技术,它比GSM更先进、辐射小,传输速率可以达到GPRS的3-4倍。
系统选择华为公司的EM200模块,它的接收灵敏度为106dBm,提供lxUART接口,速率达2304kbps,内嵌TCPOP协议,支持多链接,前向和后向数据传输速率均为1536kbps,而且完全符合ROHS环保认证的要求。
通过UART接口与中央处理器相连。
宅调热水器,电灯窗帘冰箱电视风扇安全检测XBec模块组成的控制与通信网络13嵌入式开发平台搭建开发平台的搭建主要包括嵌入式Linux系统的移植和整个硬件平台的建立。
utuLinux91是扬创科技基于Linux26内核,针对ARM框架CPU移植的嵌入式Linux操作系统,本项目选用其针对s3c2440的版本,该系统稳定可靠。
整个开发平台用Fedora90作为宿主机系统,目标机则是以utulinux作为开发板的操作系统。
由于DWLG122无线网卡模块采用的是ralink公司的RT73芯片,需从http:
wwwralinktechcorn网站上下载相应的Linux驱动RT73Linuxtarbz2。
指定编译器及平台,指向嵌入式Linux内核文件,需要修改Makefile文件,加入对网络模块的支持,添加objm:
=rt73O语句,交叉编译,生成驱动模块rt73ko。
在utu1inux下启动加载无线网卡驱动模块,命令如下:
撑sbininsmodrt73ko#sbini尼onfigrausbOinet1921680101up然后进行驱动移植和网络配置,无线网络模块就可以正常工作了。
从网上下载GSPCA(geneficsoftwarepackageforcanleraada-ptator)驱动,它是基于spca50x上的能够支持更多种芯片的驱动。
可以用lsusb命令查看摄像头信息,显示为Bus002Device002:
ID0ac8:
301bZStarMicroelectronicsCorpZC0301WebCam。
然后通过如下命令安装驱动:
#gspca_build撑lsmodlgrepgspc查看是否安装好,可以用spcaview程序来测试效果。
另外,对um-linux的文件系统filesystem做了修改,并在加载内核完成后中断该过程,让系统加载修改过的新文件系统,该系统中包括对无线网卡驱动的修改以及QT4应用程序等。
2系统软件设计21主界面设计系统在Qt4“”上编程设计用户操作和显示界面,实现各种功能。
包括对各种家居设备如空调、热水器、电灯、冰箱、电视、风扇、窗帘、窗户等的控制和相关工作状态查看,还有进行一键式场景设置以及发出提示信息等功能,用户可以通过日志来查看设备历史运行状况和接收命令的情况。
鼠标,I液晶显示lI图像视频l音响键盘II触摸屏JI采集模块JI麦克l$3C2440嚣lfMM洲C卡JfJl霎霉鬈羹读卡器Jl卡J【JI等存储器图2系统硬件结构CDMA模块Intemet万方数据是文忠,车万磊:
基于ARM和ZigBee的智能家居系统20ll,Vol32,No61989系统主界面如图3所示,它主要起统筹管理的作用,它蛤我们提供,各个功能模块的接口,只要点击相应的图标按钮,用户就可以进入丰Il应的功能界面,每个功能的具体实现由各个相应模块的代码完成。
其中,一键式场景设置是有选择地对各种设备按顺序下迭指令俪如起床场景可以在设定的时问先打开遮光窗帘然后闹钟响起并且煮水器和咖啡机自动工作。
第一个选项卡为各种家居设备的操作口用户只需在触摸屏上相应的按钮位置点击即可进该设备或者设备系列的设置界面。
例如,点击airconditioning按钮就会出现设置空调开差、温度和上作模式的于界面;
当用户单击llgts按钮时会出现对室内多种灯光的设置帅Hserings是对家居环境安全的控制如震动检测、门禁检测等;
点击phone按钮则会提示输入手机号码并通过CDMA网络发送家居设备环境信息到指定手机;
updateton,ef按钮负责将本地信息发送到Intemet服务器,用户可以设定周期性地进行数据同步。
在设备设置这一选项卡提供的功能所涉度的部分函数如下:
Camera:
SetCapl0!
打开】号摄像头Camera:
SetCap20打开2号摄像头AirConditioning:
T啪0n(),打开空调AirCoaditioning:
T硼OflO关闭空调AirCondifioning:
SetMod()设置空谓模式AirCoaditioaing:
SetTemp(int)设置空调温度Light:
SetLIOU扣开I号灯Light:
SetL20打开2号灯Light:
SetLuminancel(ira)调整l号灯亮度在一键式场景设置中,用户可咀选择系统提供的预设场景,包括上班场景、下班场景、晚餐场景、睡眠场景、起床场罱等,还可以通过为定义场景进行个性化模式设置。
实现这选项卡中提供的功能所用到的部分函数如下:
switch(OneKeyMod)(根据一键模式的值来选择需要相应的命令c0:
当OneKeyMod为0时启动起床模式Curtain:
Opea0:
首先打开遮光宙帘i;
_二耐亘三二基;
三ji习j三已i;
d=二;
二ji习仁三i三二ji二二二i二二兰垂j=j匕j三二二三j;
i___idi;
=;
im二二再三jj西量三二j量三=jli章三二j二三妄二Jj量三二j詹j智能客居系统主界自WaterHeater:
T啪On0打开煮水器CoffeeMachine:
OpenO;
十I开咖啡机sle印(300);
等待300秒时问Al蚴。
婶llAI跏l();
闹钟响起Al一:
PlayMusic(0);
随机选择音乐播放break;
ceIJ另一场景的定义和设置22智能隶居管理软件嵌入式智能家居系统的主体流程如图4所示。
启动系统后先进行嵌式设备韧始化并采集家居设施的状态信息和各种环境参数,这些信息将首先更新在基于ARM的嵌入式控制终端中。
对设备的控制主要有3种方式:
对单个设备的操作,例如调整空调温度,灯光明暗度等;
-键场景模式,例如起床场景、影院场景、F班场景、安防场景等,这些场景都是通过预先按顺序对某些特定的家居设备设置命令来实现的,从本质E说是一十批处理的过程。
如开启影院模式则系统会先给投影系统发送放下幕布命夸井开启投影机,接着关掉环境灯光,关闭窗帘,然后播放预先设定的默认影片:
操作方式是通过外部命令,这里的外部命令是指用户通过电脑和手机给嵌入式系统发送的操作命夸。
所队命令都会通过xB钟模块纽建的ZigBee网络使得家居设备上的控制模块相应,进而对象屠设备进行相关操作。
更新后的设备状态会在本地终端上显示,并且能芨送到其它嵌入式终端、Interact以及用户手机上,让用户随时可以查看到家里的情况。
远程的数据和本图4嵌式謇居秉娆命夺处理流鞋万方数据9902011Vol32No6计算机工程与设计ComputerEngineering锄dDesign地的实际数擗会定期进补1-3步榆骑以保证数据的准确性。
3系统仿真分析与功能测试为了分析家居5备节点组成的ZigBee阿络的性能,我们运用仿真工具NS2“来模拟ZigBee网络忙输性能,NS2足一款开源免费软件,运彳亍环境为Linux或者Windows系统,它作为种面向对象的网络仿真器,在奉质上是个离散事件模拟器,得到DARPA的VINT顺目支持,井由UCBerkeley开发而成。
NS2主要使用OTel和c*阿种程序语占来仿真,OTcl主要负责网络组件和具体参数的配簧措建嘲络环境;
cH则负责具体协议与肆法的实现。
由于NS233中并不包括zIgB特模块,修改NS2内核度Makefile文件,使其增加对ZigBec的支持后,在实验中搭建的网格型ZigBee网络如幽5所不。
相邻节点间距10m,采用多跳方式传输命令和信息。
在宴验的100秒时间里,在节点3到节点】2之间建立一条CBR流,蹬置包大小为256字节每秒发送5个包。
麸需要七跳到达目的节点,测得的包交付率为9877平均端到端时延为0028s。
如果设置节点15到节点17传输泊松流,经两跳到达目的节点,则包交付率为955I,平均端到端延时为0025s,实验结果表明。
家倨设施组成的zlgB睇网络完全可以可靠地进行命夸信息和一般数据的传输。
-nJ材,Looo”7-ooo-ra0o,oooo图5NS2模拟的家厝ZigBee目络对整机测试时,用摄像殳采集的视频作为数捌进行传输,为了保证视频更流畅地传输,视频图像在采集后用JPEG算法压缩,在传输帧速率固定的情况F发送数据速率越大,则每帧图像的信息越多失真越小,在发送速率达到250kbps时,视频图像平均PSNR值在29以上,如果将摄像头从ZigBce阿络中分隔来,不用XBee模块进行传输则发生速牢跟高当发送速率达到350kbps时,图像的平均PSNR在3I以上,MOS得分为4分,达到good的水乎。
测试结果ld样表明了系统实现的可行性和运行一I靠性。
4结束语本文设计了一种基下ARM和zlgBee的嵌入式智能家居系统,利甩z。
gBce嗣络蛆及感器控制电路进行家庭设备信息的采集和状态控制,基丁s3c2440的嵌入式终端耐整个家居系统进行智能控制。
并且可以将设备状志信息更新给i联刚h的服磐器咀厦发送到指定的HJ户f机Iq时,用户也可以通过手机和电脑对家居系统进行远程撵控或看查看家情设备和环境信息琏NS2下的家居ZigBee网络仿真结粜以厦对样机的视频传输测试结果都表明了该系统具有定的呵行性和可靠性。
谚系统对未来智能家居景统的研究和应用部其有很好的参考价值和指导意义。
参考文献【1】PapadopoulosN,MelionesAEeonomouDetalAco肌ectedhoplatfoanddevelopmentframeworkforsmanhomeCon-廿0lappli龃tions【C】7thIEEEInternationalConferenceonIn-dnsinailnfo珊atics2009:
23-264024092】WangPingdi蛐gHuIJ,shiWenZaoetalDesignandrealizationofre|llnmcontrolinsmarthomesystemCInternationalCon缸RnnComm舶icationSoftwareandNetwnrks2009:
13-152728【3】ErdemH,UnerAAmulti-channelmm廊controllerforhome粕dofficeappli粕cesJIEEETmnmetionsoBCons岫erElectronics2009,55(4):
2【84-2189【4】YangYongq啪WeiZhiqi扑g,JiaDongningetalAcloudarchirtectumb*edonnhomelCSecondMtemat
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 ARM ZigBee 智能家居 系统