嵌入式智能家居的控制系统分析

近年来，人们的生活水平明显提高，越来越多的人们关注家居生活。嵌入式智能家居控制系统通过构建家庭信息网络，在家居环境中将不同家电产品结合成为一个整体，由控制系统对家电设备进行异地或者集中的智能化管理和控制，为人们提供各类家居信息，推动智能家居的快速发展。

1 嵌入式智能家居控制系统的硬件设计

嵌入式智能家居控制系统硬件设计要充分考虑到系统的扩展性和稳定性。嵌入式智能家居控制系统的硬件设计主要分为两部分:控制板和核心板，控制板上主要包含一些外围接口，核心板用来构建嵌入式家居的最小系统。

嵌入式智能家居核心板主要由外围存储芯片、微处理器等组成，智能家居控制系统可以采用S3C2440微处理器，S3C2440微处理器被广泛的应用于多媒体、手持运算、便捷式通信产品等嵌入式领域，使Windows CE轻松运行，并且极大地提高嵌入式智能家居控制系统的实时性。嵌入式智能家居控制系统的GPRS模块可以采用MC35TS芯片，将控制系统处理器和串口信号线RXD2、TXD2相连接[1]。同时，嵌入式智能家居控制系统的LCD可以由CPU进行控制，但是需要在控制系统中设置驱动电路，触摸屏使用4线电阻式，使它和控制系统CPU的XMON、nXPON、YMON、nYPON相连。嵌入式智能家居控制系统的输入控制信号要和CPU的GPIO端口相连接，当嵌入式智能家居控制系统在控制某个家电时，只需要将控制系统的指定端口写入1或者0，再通过无线或者有线的方式，由智能家居控制系统的接口来控制家居的其他家电。

2 嵌入式智能家居控制系统的软件设计

嵌入式智能家居控制系统要充分考虑到系统对网络功能和实时性的要求，选择Linux和Windows CE操作系统，综合Windows CE操作系统的用户界面和系统开发难度等情况，重点开发智能家居控制系统的应用层，优化Windows CE操作系统的运行。另外，在开发Windows CE.net产品时，要重点考虑三方面，其一是开发操作系统的应用程序，其二是开擦驱动程序，其三是定制操作系统内核。在操作系统开发过程中，可以采用Embedded Visual C++应用开发程序和Platform Builder内核定制工具[2]。

2.1 定制操作系统平台

在构建嵌入式智能家居控制系统硬件平台时，要根据嵌入式智能家居控制系统的具体应用，定制合适的操作系统平台。通常情况下，嵌入式系统是一个资源非常受限的系统，并且在嵌入式智能家居控制系统硬件平台上难以直接编写软件，当前主要采用目标机/宿主机模式，首先，在计算机网络系统上编写代码，其次，利用交叉编译在操作系统平台上生成可以运行二进制文件，最后，将二进制文件下载到操作系统目标平台上进行运行。在开发嵌入式智能家居控制系统之前，要配置和建立好交叉开发环境。

Windows CE操作系统平台的定制过程如下:首先，选择Windows CE操作系统基本配置，为操作系统特定平台选择板级支持包BSP和微处理器。其次，根据Windows CE操作系统架构和标准开发向导，构建一个特定的平台，根据相关硬件设备适当添加和裁减组件，设置驱动程序，开发Boot Loader，如果需要修改Windows CE操作系统的配置文件，封装操作系统的各个功能模块，在特定平台上编译生成OS镜像文件。再次，通过串口、USB或者以太网将镜像文件下载到智能家居的目标设备上，利用Platform Builder提供的调试工具，根据Windows CE操作系统的运行情况进行调试、下载、封装和重新配置，直到操作系统达到运行要求，创建系统平台。最后，导出SDK软件的开发工具包，在Windows CE操作系统平台上运行并且安装，在该特定硬件平台上开发Windows CE操作系统的应用程序。SDK包含库函数使用文档、示例程序源代码、头文件程序库、设备驱动工具包、API以及编程指导[3]。

2.2 开发驱动程序

嵌入式智能家居控制系统的中断驱动程序和GPIO驱动，主要有两种模型:分层驱动程序和单片驱动程序，而最常用的是分层驱动程序。分层驱动程序由提前设置好的下层和上层程序组成，下层主要是Windows CE操作系统平台的驱动程序，上层是模型设备驱动程序，设备驱动程序接口是一套由GWES、MDD模型驱动程序调用的函数。模型设备驱动程序主要执行以下任务:其一，定义调用的系统设备驱动程序的接口函数，链接PDD层;其二，向Windows CE操作系统提供设备驱动程序接口函数集;其三，负责和控制系统内核和GWES模块通信，如中断操作。设备驱动程序接口是一个由GWES模块和模型设备驱动程序调用的函数，模型驱动程序接口主要由即模型设备驱动程序和PDD层提供和调用。在编写分层驱动程序时，在MDD层和PDD层上编写DDI、DDIS函数，DDI函数主要是在嵌入式控制系统平台上，和DDIS函数之间完成函数传递;DDIS函数用来调用控制系统寄存器和处理器中的参数值。

2.3 开发应用软件

Windows CE是一个依托嵌入式应用程序的Windows操作系统，Windows CE操作系统和传统的Windows操作系统包含一致的API。除了Windows的基本功能，在Windows CE操作系统上开发应用软件具有更多的优势。在开发Windows CE应用程序时，要注意以下两个方面:一方面，开发Windows CE应用程序，必须调用Unicode字符集;另一方面，和台式设备相比，嵌入式智能家居控制系统设备的内存空间较小，因此要尽量优化Windows CE应用程序代码，简化代码流程，代码越简单，可以节约更多的代码加载时间。

Windows CE操作系统应用程序利用GPIO驱动程序记录传感器S3C2440端口的状态，并且将信息数据保存在Windows CE应用程序中，根据传感器采集的相关数据信息，通过串口驱动程序调用函数，同时向GPRS模块发送AT命令，GPRS系统可以直接将信息数据发送到用户手机上，用户就可以去全面掌握家里的情况。当用户需要操作家里的家居设备时，可以直接发送短信到GPRS系统，无线通信系统将信息传送给Windows CE操作系统应用程序，控制系统通过控制I/O口，实现家居设备的操作。

完成定制操作系统平台、开发驱动程序和应用程序之后，在嵌入式智能家居的控制系统上下载应用程序和移植好的操作系统，通过智能家居控制系统将手机、传感器、家电等设备联系起来，构成一个完成的系统，实现远程控制和本地操作。嵌入式智能家居控制系统具有很强的抗干扰能力，同时运行稳定可靠，操作方便，在未来的发展中具有广泛的应用空间。

3 结束语

随着家庭智能化技术的快速发展，家居智能控制器是嵌入式智能家居控制系统的关键，依靠无线通信技术，嵌入式智能家居控制系统具有低耗能、性能稳定、结构简单等特点，应用前景非常广阔。

[1]杨晨.嵌入式智能家居控制系统的研究[D].哈尔滨理工大学，2011.

[2]赵静.嵌入式智能家居控制系统的研究与设计[D].武汉理工大学，2010.

[3]王留送.基于嵌入式的智能家居控制系统[D].中原工学院，2012.