一种可快速商用的基本型智能家居系统设计

陈浩强　倪飞舟　杨飞

摘要：该文提出了一个一种基于嵌入式智能终端、以自学习红外遥控为基础的基本智能家居控制系统方案。该系统无需布线、价格低廉、易于实现、具有很好的适应性和可扩充性，能快速实现商业应用。

关键词：智能家居；红外遥控；红外自学习；云服务

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8241-02

随着国力的强盛，人们对生活的品质也有了更多的要求[1]。因此，近些年智能家居一直是嵌入式应用方面的热门话题，各种方案层出不穷。诚然，智能家居是一个十分有前景的市场，但是目前的智能家居控制系统方案在设计的时候更多的借鉴了发达国家的智能家居模式，更强调完备性。甚至有些品牌在设计之初就带有明显的生态系统封闭性，针对的对象也往往是高端家庭用户。对于最广大的工薪阶层家庭来说，安装这样的智能家居系统并不具有太大吸引力。

该文基于普及智能家居控制系统的出发点，提出了一种基于嵌入式智能终端、以自学习红外遥控为基础的基本智能家居控制系统方案。

1系统的硬件设计

本系统以SAMSUNG公司的32位嵌入式微处理器S3C2440为核心，外部扩展Flash存储器、液晶触摸显示屏、红外线收发模块、小键盘、网络接口模块和USB接口[2]。系统结构如图1所示。

系统的核心功能是红外遥控，可通过红外接收模块解析、保存获取来自现有家电遥控器的信号作为信号源，通过人机界面进行归类和管理，实现了对现有家电多种遥控器的合并[3]。

为了系统的扩展应用范围，对家电的红外遥控还包括由STC51单片机扩展红外收发模块所构成的终端控制器，其结构如图2所示。该控制器可在学习模式下存储外部红外信号，作为自身的红外控制编码。每个终端控制器都设置了唯一的ID编号，在接收到主控系统的状态查询信号时，可以向主机发送自身的开关状态，以供查询。

本系统红外控制模块选用的是TFDU4100-TR3，该模块具有独立的信号处理芯片，能很好的简化系统的代码量，提高运行效率。由于红外信号相对较弱，仅能满足同一房间内家用电器的遥控，本系统采用红外转发器结构实现对一套住宅内不同房间中电器的控制。这样既可以把中控系统的所有红外信号转发到其它房间，又可以精简系统的结构和成本。红外信号转发器的电源控制接入中控系统，从而可以解决不同房间内电器型号相同时遥控信号串扰的问题。

远程控制也是本系统重要的功能之一，通过在Internet上建立的WEB服务器为本系统搭建了一个云端平台，用于存储、同步各个终端的系统数据。该服务器可以为用户提供实时提供状态同步和查询，无论是通过手机客户端还是PC端，都可以实现对家庭电器的工作状态的查询和控制。由于采用集中的云端服务平台，解决了家庭中控系统的WEB服务建立和远程接入的问题，让系统的服务更加安全、稳定、高效。

2中控系统的功能设计和实现

因为WindowsCE提供了较完备的硬件驱动，开发方案也比较成熟，本系统选择WindowsCE.net5.0作为操作系统。

在PlatformBuilder5.0中编译内核前要安装无线网卡驱动程序、设置语言为中文（中国），加入网络模块、对USB鼠标键盘的支持（USBHumanInputDevice（HID）Class）、对优盘的支持（USBStorageClassDriver）编译即可生成定制的WindowsCE内核。把内核下载到中控系统就建立了软件运行的操作系统平台。

中控软件在VisualStudio2005下进行开发，调试通过后，将系统生成的文件写入中控系统，即可调用运行。

综合考虑服务器端数据库系统的兼容性，该软件目前采用SQLITE作为数据库，数据库的上传更新暂时采用了人工操作的方式，和固定的自动同步周期。

在主控系统中要实现的人机交互软件功能主要包括：新建和管理房间、电器、遥控器，云同步等，如图3所示。

3服务器系统的搭建

由于加入了Internet远程控制功能，而登录的终端可能是手机、平板电脑、PC等多种平台。本系统的远程控制是以WEB页的方式实现，这样就避免了开发诸多版本的独立软件。

结合本系统的嵌入式终端接入特点，本系统的服务器系统选择了JSP+SQLITE的结构。JSP（是由SunMicrosystems公司倡导、许

多公司参与一起建立的一种动态网页技术标准。JSP技术很容易整合到多种应用体系结构，几乎所有平台都支持Java，JSP+JavaBeans几乎可以在所有平台下通行无阻。有诸多开源软件和比较成熟的技术资料，并且能扩展到支持企业级的分布式应用中[4]。开发所用软件为ApacheTomcatV6.0、eclipse3.2.0和SQLITE的JDBC支持模块。

4系统其它功能的讨论

由于对于电源开关和马达的控制具有很灵活和广泛的应用场景，不仅可以接在燃气开关、水阀开关上，还可以用于按下按钮，从而能在不侵入电器系统的情况下，实现对现有电器的远距离遥控。

根据需要，本系统可增加WIFI模块和GPRS模块，从而能够更方便的家庭网络接入与控制。在网络带宽足够的条件下，也可以添加视频监控的功能。因而系统具有比较优异的适应性和可扩充性。

5结束语

该文提出并实现了一种基于嵌入式操作系统和红外遥控技术的智能家居系统方案。虽然不是非常完备的标准全功能型智能家居系统，但是更适合当前百姓的需求，具有明显的成本优势。其免布线的特点，尤其适用于已经装修完毕的家庭。不失为一种优秀的、可快速商用的普及型智能家居控制系统方案。

参考文献：

[1]谢燕江，金敏.基于S3C2410X家庭网关的设计[J].电脑知识与技术，2010（7）：1580-1581.

[2]童志文，黄布毅，朱永锋.基于S3C4510B的家庭网关基本系统[J].郑州轻工业学院学报：自然科学版，2004（2）：44-46，75.

[3]刘洁，张晓虎.基于S3C4510B的无线家庭网关的设计[J].湖南文理学院学报：自然科学版，2005（9）：64-67.

[4]http：//www.baidu.com[EB/OL].