基于linux的智能家居_年北京邮电优秀论文设计_精简稿33.docx
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1、 学科分类号 0801 北京邮电大学毕业论文题目 (中文):基于linux系统的智能家居远程控制系统设计 (英文):The smart home remote control system based on Linux system design姓 名许双武学 号201008002118 院 (系)计算机与通信工程系 专业、年级通信1001班 指 导 老 师 黄马军(导师) 2014年 4 月 25北京邮电大学本科毕业论文(设计)诚信声明本人郑重说明:我所提交的毕业设计是在指导老师的指导下,经过个人的研究工作所得出的成果,所得成果不存在知识产权上争锋问题。除了文中所引用的内容外,本文章不包含其
2、他已经发表或撰写的作品成果。本文研究作出的贡献的个人与集体在文中已经做出标明,本声明的法律后果由我承但。 本科毕业论文(设计)作者签名: 二 年 月 日基于linux系统的智能家居远程控制系统设计 摘要智能家居是一个居住环境,是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境,实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。智能家居又称智能住宅,通俗地说,它是融合了自
3、动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备,比如,通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备,更可以执行场景操作,使多个设备形成联动;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、舒适与安全。【关键词】智能家居,ARM8,GPRS模组,Linux,开发板。 The smart home remote control system based on Linux system designSummary Smart Hom
4、e is a living environment , there is a residential living environment as a platform to install smart home system , the process of implementing smart home system called smart home integration. Residential as a platform to take advantage of integrated wiring technology, network communication technolog
5、y, smart home - security system design technology, automatic control technology, audio and video technology to integrate home life related facilities , residential facilities and build efficient management of household affairs agenda system , improve home safety , convenience , comfort , artistry ,
6、and to achieve eco-friendly living environment. Smart home , also known as smart homes , laymans terms, it is the integration of automation and control systems, computer network systems and network communication technology in one of the networked intelligent home control system . Smart Home will all
7、ow users to have a more convenient means to manage the household equipment , such as through home touch screen, wireless remote control, telephone, internet or voice recognition control home devices , but you can perform a scene operations , enabling multiple devices to form a linkage ; another , th
8、e various devices within the smart home can communicate with each other , without the user can interact with the command to run depending on the state, thus giving users the greatest degree of efficiency, convenience , comfort and safety.Keywords smart home , ARM8, GPRS module , Linux, development b
9、oard. 目 录1 绪论11.1 智能家居的概述11.2 论文工作12 开发技术及编译环境22.1 嵌入式web服务器22.2 CGI32.2 html32.3 Javascript32.5 通讯技术42.6 交叉编译环境42.7 交叉编译和链接42.8 系统评估及开发环境52.9 项目设备53 系统设计与实现63.1 需求分析63.1.1用户需求63.1.2需求分析6(1)GPRS接收信息处理6(2)处理 信息及画面显示6(3)系统结构图63.2基本功能模块及解决方案73.2.1基本功能模块7(1) 对外通信模块7(2) 网关模块8(3)设备自动控制模块83.3 硬件模块设计83.3.1
10、硬件选型9(1) GPRS模组9(2)温湿度传感器103.3.2 硬件连接及测试103.4 平台搭建123.4.1 内核移植123.4.2 boa服务器的移植133.5系统程序设计133.5.1 web与CGI的编写13(1) 登陆web浏览器的设计14(2) LED灯的控制界面与CGI的编写17(3) 温湿度控制界面与CGI的编写20(4) 发送短信214 总结与展望25参考文献26致谢271 绪论科学技术是第一生产力,当科技快速发展给人们带来无限的财富同时,也给人们带来了新的生活方式,许多人开始最求高质量,高享受,安全的生活环境。智能家居则随之而然的产生,智能家居能给我们带来方便又舒适的生
11、活,而越来越多人们喜欢上智能家居环境。1.1 智能家居的概述 自从1984世界第一个智能家居系统的问世,智能家居就在我们的未来生活中一直更新,在进入21世纪以来,智能家居在系统和功能上有了质的飞跃。智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势,虽然市场推广才刚刚开始,但行业的竞争已经很激烈,光是宁波就有不下5家企业专门从事这方面开发。制造企业在产业调整和转型中,都需要运用到大数据。今后,数据将成为推进社会进步的第四生产力。市场潜力巨大,同时,智慧家居所依托的大数据分析,也是传统制造企业转型升级的重要途径。比尔盖茨是国外第一个使用智能家居的家庭,至今快有三十年的历史了,智能家居控制系统也逐渐走进大家的视
12、野。目前国内智能家居虽有潜力但发展缓慢,人们的消费观和消费能力并不充分。根据中国智能家居设备行业发展环境与市场需求预测分析报告前瞻分析,目前我国智能家居产品与技术的百花齐放,市场开始明显出现低、中、高不同产品档次的分水岭,行业进入快速成长期。面对中国庞大的需求市场,预计该行业将以年均19.8%的速率增长,在2015年产值达1240亿元。智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主,随着行业的发展,智能控制的功能越来越多,控制的对象不断扩展,控制的联动场景要求更高,其不断延伸到家庭安防报警、背景音乐、可视对讲、门禁指纹控制等领域,可以说智能家居几乎可以涵盖所有传统的弱电行
13、业,市场发展前景诱人,因此和其产业下面是智能家居的大楷模型图:相关的各路品牌不约而同加大力度争夺智能家居业务,市场渐成春秋争霸之势。1.2 论文工作 本项目的主要作用是通过远程网页控制LED灯,获取温湿度,以及网页发送消息,以及监督家庭的一些情况,来给人们带来舒适,安逸的生活环境。在探讨智能家居相关开发技术中,以客观需要为基准而开家居系统。开发工程中所做的工作包括:整个系统的需求分析、系统设计和所有模块的具体实现。2 开发技术及编译环境2.1 嵌入式web服务器随着因特网技术的兴起,在嵌入式设备中web成为主要的技术,即B/S模式,能够使嵌入式设备运行一个支持CGI的服务器,使之能生成一些动态
14、页面,用户端通过Web浏览器就就能对设备进行监控与管理。Web服务器能够使嵌入式设备间进行信息交互,使之能够通过网络对设备的监控,方便管理。而且web服务器能过主动将设备信息发给用户。目前,嵌入式Web服务器很多,如emMicro、GoAhead Webserver、RomPager、AppWeb、Apache,Boa、PicoWeb、ChipWeb、Voyager、Quiotix等,且技术比较成熟,本系统使用Boa服务器。Boa 是一款单任务的HTTP 服务器, 与其他传统的Web 服务器不同的是,当有连接请求到来时, 它并不为每个连接单独创建进程, 也不通过复制自身进程来处理多链接, 而是
15、通过建立HTTP 请求列表来处理多路HTTP 连接请求, 同时它只为CGI 程序创建新的进程, 这样就在最大程度上节省了系统资源, 这对嵌入式系统来说至关重要. 同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能, 因此, Boa 具有很高的HTTP 请求处理速度和效率, 在嵌入式系统中具有很高的应用价值。Boa服务器和普通Web 服务器一样, 能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。Boa的工作过程主要包括:1、完成Web 服务器的初始化工作, 如创建环境变量、创建TCP 套接字、绑定端口、开始侦听、进入循环结构, 以及等 待接收客户浏览器的连接请求;2、当有客户端
16、连接请求时,Web 服务器负责接收客户端请求, 并保存相关请求信息;3、在接收到客户端的连接请求之后,分析客户端请求, 解析出请求的方法、URL 目标、可选的查询信息及表单信息, 同时根据请求做出相应的处理;4、Web 服务器完成相应处理后, 向客户端浏览器发送响应信息, 关闭与客户机的TCP 连接。Boa服务器根据客户端请求方法的不同, 做出不同的响应:1、如果客户端请求方法为HEAD, 则直接向浏览器返回响应首部; 2、如果客户端请求方法为GET, 则在返回响应首部的同时, 将客户端请求的URL 目标文件从服务器上读出, 并且发送给客户端浏览器; 3、如果客户端请求方法为POST, 则将客
17、户发送过来的表单信息传送给相应的CGI 程序, 作为CGI 的参数来执行CGI 程序, 并将执行结果发送给客户端浏览器。Boa 的功能实现也是通过建立连接、绑定端口、进行侦听、请求处理等来实现的。2.2 CGI CGI是运行在web服务器上的,通过浏览着的数据输入来触发,他是一种通用网管界面。他是http服务器运行在外部的一个接口,他们通过远程访问系统上的使用类型程序,来操控嵌入式设备。 浏览者与服务器进行交互操作是通过标准编写的外部扩展应用程序实现的,因为扩展应用程序能处理客户端浏览器输入的数据。应用程序可以由多种语言编写,比如c/c+,java,vb等。可以根据浏览者填写的的表单发送定制的
18、答复。CGI的主要作用如下:1、通常情况下CGI程序被用来解释处理来自表单的输入信息,在服务器产生相应的处理,并将相应的信息反馈给浏览器。2、CGI程序使网页具有交互功能。如果你曾经遇到过在web上填表或进行搜索, 你用的就是CGI程序。你那时也许没有意识到,因为大部分工作是在服务器上运行的,你看到的只是结果。CGI的处理步骤:1、通过Internet把用户请求送到服务器。2、服务器接收用户请求并交给CGI程序处理。3、CGI程序把处理结果传送给服务器。4、服务器把结果送回到用户。另外CGI对系统资源要求高,容易成为被人非法进入服务器系统的通道,以及系统移植性不是很高。2.2 html 1.
19、html是用来描述网页的一种语言。2. Html是一种超文本标记语言,是一种标记标签。3. Html是包含HTML标签与纯文本,web浏览器访问HTML文件,以网页形式显示出来,显示标签的内容。2.3 Javascript 1、JavaScript 被设计用来向 HTML 页面添加交互行为。 2、JavaScript 是一种脚本语言(脚本语言是一种轻量级的编程语言)。 3、JavaScript 由数行可执行计算机代码组成。 4、JavaScript 通常被直接嵌入 HTML 页面。需要注意的是:Java 和 JavaScript 是两种完全不同的语言。2.5 通讯技术 智能家居系统总线是将家庭
20、范围内的LED灯,温湿度传感器,GPRS模组与开发版连起来,然后将开发版与网络相连接,用户通过网络登陆控制家里设备,也可以通过手机跟GPRS通信来控制设备。2.6 交叉编译环境 图2-1本项目选择的宿主机是一台运行着windows系统电脑的,通过以太网和串口与目标机进行通讯。宿主机的软件资源丰富且操作方便,并且还有很多优秀的开发工具,能够提高软件的开发速度与效益,给开发人员带来极大的方便。目标机主要使用在软件开发阶段,主要是跟嵌入式系统通信的宿主机区分开来,一般是嵌入式应用软件的实际运行环境或者是仿真系统,目标机的硬件资源一般非常有限。嵌入式系统交叉编译环境包括交叉调试器,交叉编译器和仿真,本
21、次项目主要用到交叉编译器和交叉调试器,它们能在宿主机上编译的代码在目标机上运行。在使用交叉编译工具时,现在宿主机上写好代码并编译成可执行的程序,然后放到目标机上单独运行,达到想要的结果。搭建好交叉编译环境是本项目的第一步。开发的交叉编译环境主要有GNU、它能够支持ARM处理器,对于我们编写程序有极大的好处。2.7 交叉编译和链接 在完成软件的编程后,因为开发过程几乎是在windows下的X86的cpu上计算机上完成的,而目标环境却是ARM微处理器,则需要在交叉编译环境中进行交叉编译链接,生成能在ARM上能够运行的程序。交叉连接器与交叉编译器能够运行在宿主计算机上,是能够编译连接生成在目标机上的
22、可执行二进制文件的一种工具。arm-linux-gcc交叉编译器与arm-linux-ld是ARM体系结构中的交叉编译器与交叉连接器。嵌入式系统一般连接后生成的可执行程序要尽量小,所以连接过程的函数库要尽量的小,因此所使用的函数库一般是处理过的。对于嵌入式系统来说,功能于强的程序,他就越大,所以一般的C函数库已经不能够使用了,因此一般采用他们的精化版本。2.8 系统评估及开发环境上位机操作系统:ubuntu ,window xp;系统评估平台:桂林电大爱普提供的开发版(arm 8)编译工具:arm-linux-gcc;2.9 项目设备 1、装有Linux系统或装有Linux虚拟机的PC机一台;
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