嵌入式系统在智能家居中的应用

黄 雷 杨 琴

1.成都市技师学院(成都工贸职业技术学院) 四川 成都 610000；2.四川铁道职业学院 四川 成都 611732

前言

嵌入式系统诞生于微型机的时代,嵌入式系统实质是将一个计算机嵌入到另一个对象体系中去。由于嵌入式计算机的系统要嵌入到其他对象体系中,实现的是对对象的智能化的控制,所以,它有与通用的计算机系统不同的技术的要求与技术的发展方向。

1 嵌入式系统的概述及发展

目前,国内普遍认同的嵌入式系统定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。嵌入式系统有如下共同点：(1)功能专一：专门为某一特定应用系统而设计；(2)结构紧凑：嵌入式系统结构必须特别的紧凑,从而达到小体积,高性能,低成本,低功耗；(3)智能灵活及实时性：即要对不同的情况做出不同的反应,同时必须实时地给出计算的结果并进行实时控制。

纵观嵌入式技术的发展过程,大致经历了四个阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切,嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统的未来。

2 智能家居的概述及发展

智能家居是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术,建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统,从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。

智能家居的未来发展会是什么样?未来的智能家居将朝以下几个方向发展：(1)触摸控制,将成为智能家居普及型的控制方式,通过一个智能触摸控制屏实现对家庭内部为灯光,电器,安防,监控,等智能控制。(2)智能手机,将成为未来智能家居最重要的移动式智能控制终端,通过手机的智能家居客户端软件或WEB方式,实现对家庭内部的远程监控与控制。(3)无线与有线控制系统,将会无缝结合,干线区域采用布线控制系统,小区域采用无线控制系统,这将是未来智能家居控制系统与技术的发展方向。

3 基于嵌入式系统的智能家居的应用及实现形式

3.1 嵌入式系统及智能家居网络的应用 嵌入性、专用性是嵌入式系统的基本要素,它具有功耗低、体积小、集成度高、移动能力和网络互联能力强的特点。系统软件通常以固态形式存在,运行速度和可靠性高；同时嵌入式操作系统可以使得开发集中精力在本领域,通过操作系统提供的API函数的支持,减少对底层软硬件的关注,加快开发进度并提高开发程序的稳定性,嵌入式系统更大的优点是具有内核小和多任务操作系统,软件可剪裁,可靠性高,实时性好,专用性强。

3.2 智能家居网络的几种实现形式

(1)RS-485构建智能家居网络。RS-485通信网络作为一种成熟的技术,已经广泛地应用于工业控制、汽车电子等领域,它的噪音抑制能力很强,数据传输速率最高可达10Mbps。RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环型或星型网络。传输介质一般选用双绞线,在通信距离超过1.2km时,应在网络中适当加入RS-485中继器。

(2)CAN总线构建智能家居网络。CAN总线也称为控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一,其通信有以下优点：1、用通讯数据块编码,可实现多主工作方式,可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种传输方式。2、CAN网络具有完善的错误处理机制。3、网络采用分布式结构,CAN总线是基于发送报文的编码,增添或删减CAN上的控制节点不会对系统造成太大的影响。4、现场布线和安装简单、易于维护、经济性好、速度快、且工程建设简单。

(3)Lon Works总线构建智能家居网络。Lon Works是具有强劲势力的全新的总线技术,它采用了ISO/OSI模型的全部7层通信协议,采用面向对象的设计方法,其通信最大速率为1.25Mbps,直接通信距离可达2.7km,支持双绞线、同轴电缆、光纤等多种通信介质。

(4)蓝牙技术构建智能家居网络。它由内嵌蓝牙模块的嵌入式系统组成家庭网关,担当信息处理平台的角色,与内嵌蓝牙模块的家用设备、手持控制设备共同组成智能家居蓝牙网络。

4 嵌入式系统在智能家居中的优势

嵌入式系统在智能家居中有着先天的优势：(1)采用嵌入式系统,系统处理能力大大增强,可以给您带来更加逼真的图象以及更加真实的语音等。(2)根据系统定制的实时操作系统不仅可以最大限度的利用硬件资源而且还避免了过于庞大的系统造成的系统冗余。(3)采用嵌入系统解决方案,系统架构更加清晰简捷。(4)软件开发使用常用的C、C++、JAVA等常用开发语言,开发能力强大。(5)软件采用分层设计方便维护和升级,大大提高了代码利用率,缩短开发周期。(6)嵌入式系统有及其丰富的硬件接口,包括：以太网络接口,LCD接口,触摸屏接口,人机交互键盘等,统一引出,以备将来系统扩展。操作系统采用开源的操作系统,开发资源丰富,软件上提供标准通用的API二次开发接口,可移植性强。

5 嵌入式智能家居的发展趋势

嵌入式技术的蓬勃兴起为智能家居行业的发展指明了技术发展趋势,也提供了技术革新的有利武器。目前,总的看来,未来智能家居发展趋势如下：(1)技术引领无线智能家居。(2)云计算牵手智能家居。(3)体验全方位人性化。

综上所述智能家居的这些特点,嵌入式系统不管从哪个方面考虑都是实现智能家居控制的不二之选。

6 结论

本文主要讲述了嵌入式系统的发展及其优点、智能家居的发展趋势以及嵌入式系统在智能家居中的应用和实现形式,最后对基于嵌入系统的智能家居的发展趋势进行了具体阐述。目前,嵌入式系统已经广泛应用于人类的各个方面,对国家和人们的生活生产有着重要的意义,而智能家居则是未来家居发展的必然趋势,因此,基于嵌入式系统的智能家居必然将会有一片巨大的市场。