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摘要：智能家居作为一种新型的技术产业，智能产品也层出不穷，但不同于传统的建筑居住功能，它是以消费者的使用习惯为依据，利用信息系统和自动化控制系统等实现人与建筑设备之间的信息交互，以便更进一步提高人们的日常生活质量。智能家居系统也是现在社会的主流，有很大的发展前景以及空间，研究这个课题具有重要的意义，本文对其控制平台的设计进行探究。
关键词：智能家居；节能控制；管理
1 引言
近年来，我国智能家居产业蓬勃发展。在政府政策鞭策之下，李克强总理在政府报告中提出“互联网+”的行动计划，利用互联网与信息科技的交互，将云技术、物联网等与生活各行产业相互结合，创造新型的发展生态，惠泽于民。在高新技术的发展上，互联网、4G网络等的技术不断成熟，各项技术之间相互渗透、相互依托，为智能家居奠定了坚实的基础。在行业层面上，在全球范围内智能家居具有强大的生命力。 本文分析智能家居市场的发展趋势与前景，决定进行嵌入式智能家居的设计方案。分析比较操作系统以及无线通信方式。选取本设计所选。比较市面上各个类型的arm开发板，总结三星Cortex-A9开发板的特点，选取此开发板为本次设计的主控板。分析设计ZIGBEE协调器电路、天线电路、监控传感器电路，以及了解摄像头A/D转换电路和摄像头工作原理与机制。移植USB摄像头驱动以及移植mjpg-streamer使得能够通过摄像头进行室内的监视。移植BOA服务器以及sqlite3数据库实现网页操作和数据库管理。设计网页（后期进行）以及Zigbee网络软件得以实现整体的功能。将网页界面、arm板、zigbee模块以及外围扩展传感器摄像头组合对系统整体功能进行测试。
2 智能家居节能平台总体设计
本设计的上位机为三星cortex-A9 arm开发板(Linux操作系统)，外围扩展了zigbee模块、DHT11温湿度采集模块，MQ-2烟雾传感器，人体红外感应模块，摄像头设备，并通过zigbee模块与上位机进行协议栈Z-stack无线通讯。开发板与智能手机置于同一网段内，通过页面监控温湿度、烟雾浓度、灯光情况、室内的监控画面等各类数据以及远程操作室内的家用电器。
首先，本次设计的智能家居系统的界面是HTML网页，通过BOA服务器将cortex-A9开发板与网页进行通讯。同时开发板中移植了Sqlite3数据库，实现登陆、注册、修改账号密码等功能，确保了室内的安全性。人们可以通过网页监视室内的各项数据以及控制室内的各个家用设备，开发板上安装了USB摄像头，能够通过网页监视家中的情况。开发板的IP地址ipaddr 与路由器处于同一网段（例如：192.168.1.x），A9开发板与路由器用网线进行连接，手机连接路由器的无线网，可以通过手机登陆开发板的BOA服务器，通过手机监视室内的各项数据以及控制室内的各项设备，并能够通过网页查看室内的监控视频。
接着，开发板与zigbee模块的协调器通过串口进行连接，传感器获取的温湿度数据、烟雾浓度数据通过串口发送给开发板，开发板运行serial串口程序，通过fork()函数创建一个子进程和一个父进程，子进程中读取串口的数据并存放在共享内存中，cgi程序直接读取共享内存的数据,生成HTML网页，供用户浏览。另外一个父进程，将消息队列的数据写入到串口中，Zigbee模块的协调器读取串口的数据，进行筛选数据，执行不同的功能，打开或者关闭不同的家电设备。Zigbee模块终端和协调器之间通过Z-Stack协议栈进行无线通讯，Zigbee模块的终端上连接了各种传感器。
最后，总体概述为该智能家居能够实现账号密码的安全性管理、并通过网页实现获取室内的各项有效数据，并通过网页操控室内的各个设备，并视频监控室内的情况。
3 智能家居节能控制平台硬件设计
3.1 三星cortex-A9 arm开发板
三星Cortex-A9开发板特点为处理器是Exynos4412 四核处理器，处理数据的速度相对于其他开发板要快的多，并且功耗很低，在现实的智能的家居系统中，占有优势的地位，适合作为智能家居系统的上位机部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三星Cortex-A9开发板有两种烧写Uboot以及内核镜像的方式，一种是使用SD卡烧写，另外一种是使用EMMC烧写，通过拨动拨码开关进行选择不同的烧写方式，因此大大提高了方便性，使开发者有更多选择的空间和方式，本次智能家居设计中因缺少SD卡，故将拨码开关拨到0110进行EMMC烧写Uboot（属于bootloader的一种，能够初始化硬件引导内核，现在最常使用的bootloader是uboot）以及内核镜像uImage。开发板系统支持Linux/Android等多种操作系统，可以根据项目的实际情况选择开发板的操作系统，能够保证项目的合理化，解决了某些开发板的单系统的局限性。同时开发板的IO引脚多达320个，不必担心开发板的引脚不足的问题。根据以上三星A9的各种优势，同时个人也比较熟悉三星A9开发板的移植Uboot以及内核的方法，所以本次的设计使用三星cortex-A9开发板。
3.2 ZIGBEE模块
3.2.1 ZIGBEE模块简介
Zigbee模块的特点是距离近、简易方便、容易组织、功耗小、低数据速率传输、成本低，因此在智能家居领域被广泛的使用。故本次设计采用zigbee模块实现上位机与下位机进行无线通讯符合智能家居领域的发展趋势。Zigbee模块使用 2.4G 全向天线，不丢包传输距离在200米内。并且该核心板的功耗很低，频率低，只需两节5号干电池供电，并能维持时间长达2年。
3.2.2 ZIGBEE协调器硬件电路设计
CC253X系列器件是一款遵循ZIGBEE通信协议的无线收发器。采用单周期的8051兼容内核。此外，芯片内部包含18输入的扩展中断单元以及调试接口。数字内核和外设由1.8V的低差稳压器供电，为了保证不同供电模式的电池寿命，添加了一个电源管理功能。
3.3传感器电路设计
智能家居室内监控系统采用DHT11、MQ-2、HC-SR501、光敏电阻传感器进行温度、湿度、烟雾浓度、外来人员闯入情况、光照强度信息的采集。
3.3.1 MQ-2烟雾传感器电路设计
MQ-2是气体烟雾传感器，家庭和工程的气体泄漏通过该传感器进行监测。传感器维持工作电压为5V，由于处理器片内AD采集输入最大电压为3.3V，故而需要设计一个降压电路，可以通过螺丝刀旋转灵敏度调节旋钮进行烟雾传感器的灵敏度调整。当使用火机放出的气体进行测试的过程中出现指示灯一直亮或这一直不亮的情况，我们可以来调节烟雾传感器的灵敏度，当使用火机进行测试的过程中出现DD-LED亮一段时间后熄灭表示灵敏度校准正确，可以正常使用。
3.3.2 DHT11温湿度采集节点电路设计
DHT11数字温湿度传感器含有一款8位单片机采集处理数据，内部采用NTC测温元件与电阻式感湿器相连方式，数据精准、数字信号输出传感器。传感器的数据输出口与CC2530的P0.6输入引脚连接。
3.3.3 HC-SR501人体红外线感应模块
本系统中采用的HC-SR501人体红外感应模块具有高性能，内含8bit微处理器。当有人来，会接收人体热量，相应输出口置为高电平。探测距离0.5米至1.5米都有极强的探测灵敏度，这种探测器适合于安装在智能家居的室内环境。这也是本次设计为什么选用HC-SR501人体红外感应模块的原因。
3.3.4光敏电阻传感器
传感器工作机制：当遮住传感器，指示灯亮，输出口输出高电平，相反，输出低电平。光敏电阻传感器的维持正常工作的电压为3.3v-5v.该传感器的输出口与ZIGBEE终端节点的P0_5口相互连接，进行数据采集。
4 结论
本设计中对嵌入式智能家居节能控制系统的国内外研究发展现状和将来的发展势头以及设计到的相关软件及硬件技术进行了详细的分析与介绍。采用Linux操作系统和Zigbee技术结合的设计方案，实现网页界面作为监控界面，对终端设备节点的实时的监控和管理。
参考文献
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论文作者:王银
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第06期
论文发表时间:2019/6/21
标签：三星论文; 传感器论文; 开发板论文; 智能家居论文; 模块论文; 数据论文; 室内论文; 《城镇建设》2019年第06期论文;