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基于物联网技术的智能家居嵌入式系统设计说明.doc
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基于物联网技术的智能家居嵌入式系统设计说明.doc
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I / 63
基于物联网技术的智能家居嵌入式系统设计
摘 要
从上世纪的住宅电子化、住宅自动化到今天的住宅智能化,基于物联网技术的
智能家居正逐步融入到我们的生活当中来。作为嵌入式 Linux 系统设计的一个典型
应用,智能家居是融合自动化控制系统、网络通信系统于一体的网络化、智能化家
居控制系统。
基于物联网的智能家居嵌入式系统设计,主要分为三个子系统,即前端数据采
集子系统、终端服务器子系统、上位机反控子系统。
前端数据采集子系统,主要负责实时数据采集与传输,包括温度数据、湿度数
据、时钟数据,与终端服务器子系统通过串口进行单工通信,其中包括单片机主控
制处理模块、温度采集模块、时钟采集模块、报警模块、电平转换模块等。
终端服务器子系统,主要负责实时数据存储与传输,即存储从前端采集模子系
统收到的实时数据,传输独立采集数据,其搭载的 BOA 服务器可以进行远程浏览访
问控制,包括前台界面、后台控制模块、智能家居控制模块等,另外,也可以进行
独立数据采集以与传输。
上位机反控子系统,主要负责数据存储备份以与网络数据远程访问控制。解析
由终端服务器传输来的实时数据,同步显示在上位机界面上,另外可以通过浏览器
远程访问控制搭载在终端服务器上的 BOA 服务器,实现智能家居远程访问控制。
关键词 物联网 嵌入式系统 智能家居
Design of Intelligent Home Embedded System
Based on Internet of Things
II / 63
ABSTRACT
From the last century’s electronic home and automation home,
intelligent home based on Internet technology is gradually coming into
our lives. As a typical application of the embedded Linux system, the
intelligent homeis networking and intelligent home control system which
integrated automated control systems and network communication systems.
The intelligent home embedded system based on Internet of Things is
mainly designed to be three subsystems. They are namely the front data
acquisition subsystem, terminal server subsystem, host computer
anti-control subsystem.
The front data acquisition subsystemmainly realized data acquisition
and transmission which include temperature data, humidity and clock. It
simplex communicated with terminal server subsystem through serial port.
This subsystem includes a microcontroller master control processing
module, temperature acquisition module, clock acquisition module, alarm
module, level conversion module.
Terminal server subsystem mainly realized storage and transmission.
The process stored real-time data received from front acquisition
subsystem and transmitted to host computer anti-control subsystem. We
can remotely browse and control the BOA server equipped in this
subsystem which includes the front interface module, the background
control module, intelligent home control module. It can also separately
carry out data collection and transmission.
Host computer anti-control subsystem mainly realized data storage
backup and network data remote access control. It synchronously
displayed on interface by analyzing realtime data transmission from
terminal server.Besides, it can also remotely access and control BOA
server through a web browser. So realize the remote access and control
of intelligent home.
KEYWORDS Internet of Things,embedded system, intelligent home
III / 63
目 录
摘要 I
ABSTRACTII
目录 III
图目录 V
表目录 VII
缩略词表 VIII
第 1 章绪论 1
第 2 章嵌入式系统环境搭建 3
2.1Bootloader 的移植 3
2.2Linux 核裁剪 5
2.3 根文件系统制作 10
2.4 嵌入式 GUI 移植 14
2.5 嵌入式数据库 sqlite3 的移植 17
2.6 嵌入式 BOA 服务器的移植 18
第 3 章前端数据采集子系统 20
3.1 单片机主控制处理模块 20
3.2 温度采集模块 22
3.3 时钟采集模块 23
3.4 电平转换模块 25
3.5 报警电路模块 26
第 4 章终端服务器子系统 27
4.1 主控制模块 27
4.2GPS 数据采集模块 29
4.3 人体红外感应模块 31
4.4 前台界面模块 32
4.5 电源模块 34
4.5.1 +5V 电源供电 34
4.5.2 +12、-12V 电源供电 35
4.5.3 +3.3V 电源供电 35
4.6 路由器端口映射 36
第 5 章上位机反控子系统 38
5.1 背景音乐控制模块 38
5.2USB/CMOS 摄像头控制模块 40
5.3 智能家居控制模块 41
IV / 63
5.4 上位机界面 41
5.5 网页界面 42
5.6 循环冗余 CRC 校验算法 44
第 6 章智能家居系统测试 45
6.1 前端实时数据采集测试报告 45
6.2 终端服务器配置测试报告 45
6.3 网络浏览反控测试报告 47
6.4 智能家居系统压力测试报告 47
6.5 上位机实时数据测试报告 48
第 7 章智能家居系统问题与持续改进 49
7.1 存泄漏问题的改进 49
7.2 系统代码的重构以与优化 49
7.3 系统硬件电路设计的问题 49
7.4 系统软件架构的问题 50
第 8 章智能家居系统未来畅想 51
8.1 一键式遥控功能 51
8.2 集中控制处理功能 51
8.3 网络反向控制功能 51
8.4 远程控制功能 51
8.5 家居综合布线功能 52
第 9 章总结 53
参考文献 54
图目录
图 1-1 系统整体架构框图 1
图 2-1 嵌入式 Linux 系统中的典型分区结构 3
图 2-2 主配置菜单界面 5
图 2-3 LCD 驱动配置界面 6
图 2-4 触摸屏驱动配置界面 6
图 2-5 USB 鼠标键盘配置界面 7
图 2-6 USB 摄像头驱动配置界面 7
图 2-7 DM9000 网卡驱动配置界面 8
图 2-8 AC97 音频驱动配置界面 8
图 2-9 串口驱动配置界面 9
图 2-10 yaffs2 文件系统配置界面 9
V / 63
图 2-11 nfs 文件系统配置界面 9
图 2-12 busybox 主配置界面 11
图 2-13 压缩、解压缩工具命令 Archival Utilities ......................11
图 2-14 核心命令 Core Utilities .......................................12
图 2-15 控制台相关命令 Console Utilities .............................12
图 2-16 编辑相关命令 Editor Utilities ................................13
图 2-17 网络相关命令 Networking Utilities ............................13
图 2-18 进程相关命令 Process Utilities ...............................13
图 3-1 前端数据采集子系统架构框图 20
图 3-2 前端数据采集子系统流程框图 21
图 3-3 单片机最小系统电路图 22
图 3-4 DS18B20 温度寄存器格式 22
图 3-5 DS18B20 数值样例 22
图 3-6 DS18B20 读写 0 时隙 23
图 3-7 DS18B20 读写 1 时隙 24
图 3-8 DS18B20 复位时序 24
图 3-9 DS1302 寄存器地址 24
图 3-10 DS1302 读写时序 25
图 3-11 max232 电平转换电路 25
图 3-12 KD9561 集成芯片 26
图 4-1 终端服务器子系统架构框图 27
图 4-2 终端服务器子系统架构框图 28
图 4-3 通讯包结构组成 29
图 4-4 人体红外感应围示意图 31
图 4-5 人体红红外感应触发方式示意图 31
图 4-6 登录窗体对话框 32
图 4-7 数据曲线对话框 33
图 4-8 软键盘 33
图 4-9 系统状态 34
图 4-10 A 型 B 型 USB 接口的外观图 35
图 4-11 双 12V 稳压电源电路图 35
图 4-12 +3.3V 稳压电源 36
图 4-13 路由器转发规则配置 37
图 4-14 路由器虚拟服务器配置 37
图 5-1 上位机反控子系统架构框图 38
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