基于嵌入式技术的智能家居系统研究

论文摘要

智能家居系统可以为用户提供智能化的控制方案,使用户的生活更加便捷、高效,为家庭的日常生活避免不必要的资源浪费,提供可靠的安全保障。虽然目前智能家居系统有了一定的发展,并且国内市场上也开始出现相应的产品,但是从总体的发展程度来看还是暂时落后于欧美国家。进行适合国人使用的智能家居系统研究是很有必要的。嵌入式电子产品已经大量出现于社会的各种领域,嵌入式技术已经成为当前最热门的研究领域之一。ARM以其高性能、低功耗的特性成为应用最广泛的32位嵌入式处理器,Linux操作系统也凭借其功能强大、免费以及开发资源丰富等优势占据了嵌入式操作系统的主导地位。本设计采用目前国内外普遍采用的ARM9（S3C2440+Linux）嵌入式系统,配备了网络摄像头、射频读卡器、多种环境变量监测传感器,实现了现场图像采集及无线传输、环境变量实时监控、射频门禁系统、利用Qt图形界面来显示采集到的环境参数以及射频卡读卡信息。论文的主要工作有：以基于ARM9的Samsung S3C2440开发板为嵌入式硬件平台,给出了本系统的整体方案和总体框架。建立了交叉编译开发环境,移植了u-boot、嵌入式操作系统和文件系统,为本系统的软件设计构建了一个软件开发平台。为系统选择合适的开发硬件和传感器,根据需要设计电路并制作传感器节点。修改、设计了一些硬件的驱动程序且编译入内核。介绍了通过网络摄像头实现图像采集的方法。实现了从射频卡读卡并控制图像进行无线传输。搭建了Qt图形界面的开发平台,建立项目并设计了应用程序,实现了对现场信号的显示并对设备发出相应的控制信号。实验结果表明,本系统能稳定运行。各个传感器节点正常工作,射频读卡模块正确读卡并在LCD触摸屏上显示射频卡内存储的用户基本信息数据。摄像头采集图像成功并能够通过无线传输模块将照片发送到上位机进行保存。实现了预定的功能,具有一定的参考价值。为以后智能家居系统的研发和在此基础上做进一步的扩展奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义及背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 设计的主要内容及实现方法
• 第二章 相关理论和技术
• 2.1 嵌入式系统简介
• 2.2 系统微处理器选型
• 2.2.1 嵌入式系统的微处理器（Micro Processor Unit,MPU）
• 2.2.2 嵌入式微控制器（Microcontroller Unit,MCU）
• 2.2.3 嵌入式DSP处理器（EDSP）
• 2.2.4 嵌入式片上系统（System On Chip）
• 2.3 ARM微处理器
• 2.4 嵌入式实时操作系统
• 2.4.1 嵌入式实时操作系统特点
• 2.4.2 实时操作系统选型
• 2.5 嵌入式系统开发流程
• 第三章 课题系统设计准备
• 3.1 系统设计方案
• 3.2 系统硬件选择
• 3.2.1 中央控制器选择
• 3.2.2 摄像头选择
• 3.2.3 射频模块选择
• 3.2.4 光电传感器选择
• 3.2.5 无线模块选择
• 3.2.6 温度传感器选择
• 3.2.7 气敏传感器选择
• 3.3 系统软件开发环境搭建
• 3.3.1 在虚拟机中安装Linux操作系统
• 3.3.2 安装交叉编译工具
• 3.3.3 在开发板上移植u-boot
• 3.3.4 Linux内核移植
• 3.3.5 移植Yaffs2文件系统
• 3.3.6 编译Busy Box
• 3.3.7 构建文件系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 图像采集和传输部分
• 4.1 图像采集和传输模块功能描述
• 4.2 图像采集设计
• 4.2.1 图像采集准备
• 4.2.2 移植SDL多媒体库
• 4.2.3 编译mjpg-streamer和uv-streamer
• 4.2.4 使用mjgp-streamer测试USB摄像头
• 4.3 图像采集程序设计
• 4.4 图片的无线传输
• 4.4.1 无线模块参数设置
• 4.4.2 无线模块与主控板间通信设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 射频门禁模块及环境监测模块设计
• 5.1 射频门禁模块功能描述
• 5.2 射频模块硬件简介
• 5.2.1 WBL500UG读写模块
• 5.2.2 高集成度读卡芯片MFRC500
• 5.2.3 非接触式IC卡
• 5.3 射频门禁模块硬件设计
• 5.4 射频读（写）卡软件设计
• 5.5 环境监测模块设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 QT界面设计
• 6.1 QT的基本概念
• 6.1.1 嵌入式图形用户界面（GUI）
• 6.1.2 嵌入式图形用户界面设计流程
• 6.2 QT应用程序设计
• 6.2.1 建立一个QT项目
• 6.2.2 产生并添加源代码
• 6.2.3 产生工程文件和Makefile文件
• 6.2.4 制作启动器和桌面图标
• 6.2.5 修改并用C语言编程zs.cpp
• 6.2.6 编译并仿真
• 6.3 移植到开发板中
• 6.3.1 复制到ARM平台下编译
• 6.3.2 烧写入开发板
• 6.5 本章小结
• 第七章 系统测试
• 第八章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文及科研情况