基于物联网技术的智能家居嵌入式系统设计_毕业设计(49页).doc
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1、-基于物联网技术的智能家居嵌入式系统设计_毕业设计-第 38 页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
2、、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及传输。上位机反控子系统,主要负责数据存储备份以及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 Emb
3、edded System Based on Internet of ThingsABSTRACTFrom the last centurys 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 home is networking and intelligent home
4、 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 ant
5、i-control subsystem.The front data acquisition subsystem mainly 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 processi
6、ng 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 sub
7、system. 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 main
8、ly realized data storage backup and network data remote access control. It synchronously displayed on interface by analyzing real time 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 o
9、f intelligent home.KEYWORDS Internet of Things, embedded system, intelligent home目 录摘 要IABSTRACTII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32.1Bootloader的移植32.2Linux内核裁剪52.3根文件系统制作102.4嵌入式GUI移植142.5嵌入式数据库sqlite3的移植172.6嵌入式BOA服务器的移植18第 3 章前端数据采集子系统203.1单片机主控制处理模块203.2温度采集模块223.3时钟采集模块233.4电平转换模
10、块253.5报警电路模块26第 4 章终端服务器子系统274.1主控制模块274.2GPS数据采集模块294.3人体红外感应模块314.4前台界面模块324.5电源模块344.5.1 +5V电源供电344.5.2 +12、-12V电源供电354.5.3 +3.3V电源供电354.6路由器端口映射36第 5 章上位机反控子系统385.1背景音乐控制模块385.2USB/CMOS摄像头控制模块405.3智能家居控制模块415.4上位机界面415.5网页界面425.6循环冗余CRC校验算法44第 6 章智能家居系统测试456.1前端实时数据采集测试报告456.2终端服务器配置测试报告456.3网络浏
11、览反控测试报告476.4智能家居系统压力测试报告476.5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497.1内存泄漏问题的改进497.2系统代码的重构以及优化497.3系统硬件电路设计的问题497.4系统软件架构的问题50第 8 章智能家居系统未来畅想518.1一键式遥控功能518.2集中控制处理功能518.3网络反向控制功能518.4电话远程控制功能518.5家居综合布线功能52第 9 章总 结53参考文献54图目录图 11 系统整体架构框图1图 21 嵌入式Linux系统中的典型分区结构3图 22 主配置菜单界面5图 23 LCD驱动配置界面6图 24 触摸屏驱动配置
12、界面6图 25 USB鼠标键盘配置界面7图 26 USB摄像头驱动配置界面7图 27 DM9000网卡驱动配置界面8图 28 AC97音频驱动配置界面8图 29 串口驱动配置界面9图 210 yaffs2文件系统配置界面9图 211 nfs文件系统配置界面9图 212 busybox主配置界面11图 213 压缩、解压缩工具命令 Archival Utilities11图 214 核心命令Core Utilities12图 215 控制台相关命令 Console Utilities12图 216 编辑相关命令 Editor Utilities13图 217 网络相关命令 Networking
13、Utilities13图 218 进程相关命令 Process Utilities13图 31 前端数据采集子系统架构框图20图 32 前端数据采集子系统流程框图21图 33 单片机最小系统电路图22图 34 DS18B20温度寄存器格式22图 35 DS18B20数值样例22图 36 DS18B20读写0时隙23图 37 DS18B20读写1时隙24图 38 DS18B20复位时序24图 39 DS1302寄存器地址24图 310 DS1302读写时序25图 311 max232电平转换电路25图 312 KD9561集成芯片26图 41 终端服务器子系统架构框图27图 42 终端服务器子系
14、统架构框图28图 43 通讯包结构组成29图 44 人体红外感应范围示意图31图 45 人体红红外感应触发方式示意图31图 46 登录窗体对话框32图 47 数据曲线对话框33图 48 软键盘33图 49 系统状态34图 410 A型B型USB接口的外观图35图 411 双12V稳压电源电路图35图 412 +3.3V稳压电源36图 413 路由器转发规则配置37图 414 路由器虚拟服务器配置37图 51 上位机反控子系统架构框图38图 52 上位机反控子系统程序流程框图39图 53 背景音乐及摄像头控制模块40图 54 智能家居控制模块41图 55上位机界面42图 56 网页界面(一)42
15、图 57 网页界面(二)43图 58 网页界面(三)43图 61 前端数据采集测试45图 62 串口管理对话框测试46图 63 用户管理对话框测试46图 64 通讯管理对话框测试47图 65 网页界面测试(一)47图 66 网页界面测试(二)48图 67 上位机界面测试48表目录表 21 bootloader的分类4表 41 通讯包结构组成说明29表 42 GPRMC定位信息说明30表 43 GPGGA定位信息说明30缩略词表英文缩写英文全称对应中文BOA蛇,引申为单任务HTTP服务器ADSLAsymmetric Digital Subscriber Line非对称数字用户环路ARMAdvan
16、ced RISC Machines高级精简指令集制造公司AVRA与V先生共同研究的RISC精简指令集高速8位单片机CGICommon Gateway Interface通用网关接口CMOSComplementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体COMCommunication Port 串口CPUCentralProcessingUnit中央处理器CRCCyclical Redundancy Check循环冗余码校验DBDefineByte定义字节DSData Segment Register数据段寄存器GISGeographic Informatio
17、n System地理信息系统GNDGround地线或零线GNOMEThe GNU Network Object Model EnvironmentGNU网络对象模型环境GNUGNUs Not Unix引申为自由的软件GPGGAGlobal Positioning System Fix DataGPS系统固定数据GPRMCRecommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data建议使用最小GPS数据格式GPSGlobal Positioning System全球定位系统GRUBGRand Unified Bootloader多重操作系统启动管理器GUIGraph
18、ical User Interface图形用户接口HAHome Automation住宅自动化HEHomen Electronics住宅电子化HIHome Intelligent住宅智能化HTMLHypertext Markup Language超文本标记语言I/Oinput/output输入输出端口I2CInterIntegrated Circuit内部整合电路ICIntegrated Circuit集成电路IPInternet Protocol网络之间互联的协议KDEKool Desktop EnvironmentK桌面环境LCDLiquid Crystal Display液晶显示器LED
19、Light Emitting Diode发光二级管LILOLinux LoaderLinux加载程序MCSMicrocontroller System微控制系统MIMEMultipurpose Internet Mail Extensions多用途网际邮件扩充协议MJPEGMotion Joint Photographic Experts Group运动联合图像专家小组PCPersonal Computer个人计算机PNGPortable Network Graphic Format可移植的网络图像格式QTEQuickTimeEvent快速反应事件RAMRandom Access Memory
20、随机存储器RISCReducedInstructionSetComputer精简指令集计算机ROMRead-Only Memory只读存储器RSRecommended Standard推荐标准RXReceive接收SDSecure Digital Memory Card安全数码卡SPISerial Peripheral Interface串行外设接口STMSynchronous Transfer Module同步传输模式TCPTransmission Control Protocol传输控制协议TTLTime To Live生存时间TXTransmit传送UARTUniversal Async
21、hronous Receiver/Transmitter通用异步接收/发送装置UDPUser Datagram Protocol用户数据包协议USBUniversal Serial Bus通用串口总线UVCUSB Video ClassUSB视频类别VCCVolt Current Condenser电源第 1 章 绪 论从20世纪80年代初,家用电器开始采用电子工艺技术,住宅电子化概念(HE,Homen Electronics)逐渐出现在人们的视野当中。到90年代中期,将家用电器、网络设备、家庭安防设备等各自独立的系统整合为一体后,人们进入到了住宅自动化HA,Home Automation)的
22、时代。而进入到21世纪,随着电子工艺技术的革新,信息技术的迅猛发展,嵌入式设备以崭新的面孔出现在人们的生活中,它将网络设备、家电设备、安保设备通过主控制器进行控制、管理,即现如今的住宅智能化(HI,Home Intelligent),也就是智能家居的雏形。智能家居,即通过物联网技术整合自动化控制系统、计算机通信系统于一体的网络化、智能化家居控制系统。智能家居能够让用户使用更加便捷、人性化的方式来控制管理家用电器,比如,通过触摸屏、遥控器、电话、互联网等控制家用设备;另一方面,智能家居内的各种设备相互间可以通讯,不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行,从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与
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