畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目基于WIFI構(gòu)建的智能家居系統(tǒng)綜合接入及控制裝置（安卓及綜合測(cè)控）英文題目THEINTEGRATEDACCESSANDCONTROLDEVICEOFSMARTHOMESYSTEMBASEDONWIFI（ANDROIDLEARNEDTHEINFRAREDCODINGANDEMISSIONMECHANISM,ANDREALIZEDTHEALLKINDSOFINFRAREDREMOTECONTROLCODELEARNING,DIGITALSTORAGEANDEMISSIONFUNCTIONSTUDIEDTHEANDROIDSMARTPHONESOFTWAREDESIGNTECHNOLOGY,LETITCANCOMMUNICATEWITHTHEINTEGRATEDDEVICETHROUGHTHEINTERNETTOMONITORANDCONTROLTHEHOUSEHOLDENVIRONMENTINFORMATIONANDTHEEQUIPMENTSREMOTELYKEYWORDSSMARTHOMEWIFINETWORKZIGBEENETWORKANDROIDPHONE目錄1緒論111研究背景與意義112研究現(xiàn)狀分析113研究目的和主要內(nèi)容22WIFI技術(shù)綜述221WIFI網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2211基于AP組建的基礎(chǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（INFRA）3212基于自組網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（ADHOC）322WIFI工作頻率422124GHZ頻段的劃分422258GHZ頻段的劃分423WIFI技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域4231WIFI技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)4232WIFI技術(shù)較有發(fā)展前景的領(lǐng)域43系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案531系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖632系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能介紹6321功能需求6322性能需求733方案設(shè)計(jì)與分析7331系統(tǒng)主機(jī)方案分析7332監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)方案分析8333控制節(jié)點(diǎn)方案分析8334系統(tǒng)安全及認(rèn)證方案分析834作品特色及創(chuàng)新點(diǎn)84系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理分析941系統(tǒng)主控部分的硬件設(shè)計(jì)9411處理器及其相關(guān)設(shè)備9412ZIGBEE協(xié)調(diào)器模塊10413WIFI模塊12414紅外發(fā)送模塊工作原理12415攝像頭模塊1442監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)15421ZIGBEE終端模塊15422溫濕度傳感器模塊1643控制節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)17431紅外接收模塊17432風(fēng)扇模塊18433晾衣架模塊185系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1851系統(tǒng)程序流程18511系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)18512接口程序設(shè)計(jì)19513ANDROID程序流程圖20514ZIGBEE通信流程圖2152手機(jī)客服端的選擇22521ANDROID系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)22522ANDROID系統(tǒng)架構(gòu)2353ANDROID客戶端程序設(shè)計(jì)23531主界面設(shè)計(jì)23532手勢(shì)密碼程序設(shè)計(jì)24533控制主界面程序設(shè)計(jì)26534實(shí)時(shí)圖片讀取程序設(shè)計(jì)276系統(tǒng)測(cè)試2861系統(tǒng)測(cè)試方案2862測(cè)試設(shè)備2963硬件測(cè)試流程2964軟件聯(lián)機(jī)調(diào)試3065測(cè)試結(jié)果分析30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄1系統(tǒng)原理圖33附錄2ANDROID核心代碼371緒論11研究背景與意義人類(lèi)的日常生活完全無(wú)法離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)組建智能家居系統(tǒng)，能給人們帶來(lái)高效、便利、舒適與安全的生活環(huán)境。本課題提出一種基于WIFI模塊的智能家居系統(tǒng)綜合接入裝置，其主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)基于家庭WIFI網(wǎng)絡(luò)的之間數(shù)據(jù)的互相傳輸，使得不同設(shè)備之間可以自由通信，最終通過(guò)一部ANDROID手機(jī)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)家中環(huán)境信息，控制家中大部分電器設(shè)備的目的，從而解決各種智能家居方案中因布線困難而無(wú)法廣泛普及的問(wèn)題。12研究現(xiàn)狀分析全世界的智能家居最早起源于美國(guó)，1984年在美國(guó)誕生第一幢智能建筑。緊接著，澳大利亞、東南亞和歐洲等經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家也先后提出了智能家居的概念。就是將家庭中的各種通訊設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的近程或遠(yuǎn)程的監(jiān)控。智能家居是一個(gè)交叉覆蓋了多行業(yè)的系統(tǒng)工程，各設(shè)備制造廠商按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，從而使各設(shè)備之間的互聯(lián)、互通變得比較困難。雖然在國(guó)外有很多不同公司推出的智能家居系統(tǒng)，但目前智能家居系統(tǒng)仍沒(méi)有得到廣泛普及，其主要原因是沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。然而目前，智能家居領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)智能家居的研究起步較晚，大約10年前中國(guó)涌現(xiàn)智能家居的概念，隨后有部分廠家加入到智能家居系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)和行業(yè)應(yīng)用中來(lái)。2003年2009年逐步有中國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的智能家居產(chǎn)品小規(guī)模推向市場(chǎng)，但也形成了很多的不同標(biāo)準(zhǔn)。人們?cè)絹?lái)越希望為自己組建智能化的家庭環(huán)境，所以此設(shè)計(jì)有著不錯(cuò)的發(fā)展前景。13研究目的和主要內(nèi)容本文主要研究目的是設(shè)計(jì)出一套智能家居系統(tǒng)綜合接入裝置，覆蓋WIFI、ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、紅外遙控和攝像頭模塊等，通過(guò)手機(jī)客戶端，通過(guò)INTERNET網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)地對(duì)家中環(huán)境信息的監(jiān)控和對(duì)家用設(shè)備的操控，從而實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化，極大地提高家居生活的便利性和舒適度。本文研究的主要內(nèi)容如下1研究ARMLINUX嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架，設(shè)計(jì)出智能家居系統(tǒng)的核心部分，對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；2對(duì)WIFI技術(shù)的組網(wǎng)和通信方式進(jìn)行比較深入的研究，構(gòu)建一個(gè)安全可靠的WIFI網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)以太網(wǎng)接口使本系統(tǒng)接入INTERNET,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信；3研究ANDROID智能手機(jī)應(yīng)用軟件的編寫(xiě)思想及方法，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一款具有人性化的智能家居系統(tǒng)應(yīng)用軟件；4研究紅外遙控編碼解碼的原理，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)紅外學(xué)習(xí)及遙控裝置，實(shí)現(xiàn)ANDROID智能手機(jī)通過(guò)本裝置可以對(duì)家中的紅外遙控設(shè)備進(jìn)行控制，這部分內(nèi)容在項(xiàng)目組的前期努力下已經(jīng)初步完成；5學(xué)習(xí)研究ZIGBEE無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，并為本系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)ANDROID智能手機(jī)對(duì)家中環(huán)境信息的采集；6在系統(tǒng)中搭載攝像頭，實(shí)現(xiàn)ANDROID智能手機(jī)對(duì)家中情況的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；本人負(fù)責(zé)以上內(nèi)容的ANDROID客戶端開(kāi)發(fā)，ZIGBEE組網(wǎng)和攝像頭圖片采集。2WIFI技術(shù)綜述21WIFI網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括兩種基本類(lèi)型的拓?fù)湫问交A(chǔ)網(wǎng)（INFRA）和自組網(wǎng)（ADHOC）。為了理解無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?，需要了解兩個(gè)基本概念A(yù)P也就是無(wú)線接入點(diǎn)，是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者，是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)。一般家庭或辦公室使用的無(wú)線路由器就一個(gè)AP。對(duì)于STA站點(diǎn)，每一個(gè)連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的終端（如筆記本電腦、PDA及其它可以聯(lián)網(wǎng)的用戶設(shè)備）都可稱(chēng)之為一個(gè)站點(diǎn)。211基于AP組建的基礎(chǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（INFRA）INFRA也稱(chēng)為基礎(chǔ)網(wǎng)，是由AP組建，數(shù)量較多的STA加入所組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是AP是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，網(wǎng)絡(luò)中所有的通信都通過(guò)AP來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)完成。圖21基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?12基于自組網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（ADHOC）ADHOC也稱(chēng)為自組網(wǎng)，是僅由兩個(gè)及兩個(gè)以上STA站點(diǎn)組成，網(wǎng)絡(luò)中不存在AP，這種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)是一種松散的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中所有的STA都可以直接相互通信，而沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。圖22自組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?2WIFI工作頻率22124GHZ頻段的劃分1使用工作頻率范圍為240024835MHZ，屬于無(wú)需申請(qǐng)的ISM。2由于使用ISM頻段，頻率干擾無(wú)可避免。3835MHZ帶寬，劃分為13信道，每個(gè)信道帶寬為22MHZ。4相鄰的信道間有不重疊。盡量不要同時(shí)使用，以免造成干擾。5只可以同時(shí)使用3個(gè)互不重疊的信道。22258GHZ頻段的劃分1使用工作頻率范圍為57255850MHZ。2可用帶寬為125MHZ,劃為5個(gè)信道，每個(gè)信道的帶寬為20MHZ。3相鄰信道互不重疊。23WIFI技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域231WIFI技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)1WIFI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)無(wú)需鋪設(shè)更多的線纜2WIFI具有移動(dòng)和漫游的特性3WIFI網(wǎng)絡(luò)能提供高寬帶網(wǎng)絡(luò)4WIFI網(wǎng)絡(luò)安裝簡(jiǎn)單、易擴(kuò)展、易管理5WIFI網(wǎng)絡(luò)更適合承載便攜式無(wú)線終端使用寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)232WIFI技術(shù)較有發(fā)展前景的領(lǐng)域WIFI網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供在移動(dòng)或者半移動(dòng)狀態(tài)下接入網(wǎng)絡(luò)，獲得高效率、高質(zhì)量、低商業(yè)成本的數(shù)據(jù)服務(wù)，使用于1以WIFI技術(shù)構(gòu)建城市高速移動(dòng)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)2WIFI打造物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)3難以布線或布線成本太高的地區(qū)4校園，會(huì)議室，展覽廳，咖啡室，機(jī)場(chǎng)和圖書(shū)館等人員流動(dòng)頻繁但又有數(shù)據(jù)訪問(wèn)需求的地方。5工作人員移動(dòng)頻繁的場(chǎng)所，如餐廳、倉(cāng)儲(chǔ)、超市和醫(yī)院等。6辦公室的INTERNET接入和無(wú)線辦公7特殊場(chǎng)合如野外勘探、軍用通信。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本課題設(shè)計(jì)的主機(jī)是嵌入式應(yīng)用系，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要、最關(guān)鍵的一步就是確定嵌入式控制系統(tǒng)總體方案?？傮w方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能及實(shí)現(xiàn)過(guò)程?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)家居中被遠(yuǎn)程控制的電器的需求，手機(jī)客戶端的操作和數(shù)據(jù)通信方法及工藝要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下（1）根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。（2）選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況確定。（3）選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。（4）選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。（5）設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)流程圖、原理圖及PCB線路圖。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題（1）系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的類(lèi)型及數(shù)量（2）各輸入/輸出通道是串行傳輸還是并行傳輸（3）各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率是否符合要求（4）在顯示輸出方面有何要求31系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖在本系統(tǒng)中，主機(jī)部分主要由WIFI通訊模塊、ZIGBEE通訊模塊、以及紅外學(xué)習(xí)及遙控模塊等電路構(gòu)成。用戶通過(guò)ANDROID智能手機(jī)軟件遠(yuǎn)程訪問(wèn)主機(jī)的服務(wù)器，主動(dòng)獲取監(jiān)控信息（如溫度，濕度等），通過(guò)紅外學(xué)習(xí)遙控裝置可以隨心所欲地控制家中相關(guān)電器。若用戶在家中則可以通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上述功能。通過(guò)該主機(jī)上搭載的各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間通訊協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到各種家用設(shè)備的無(wú)縫接入。其整體架構(gòu)如下圖所示圖31系統(tǒng)框圖32系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能介紹321功能需求1實(shí)現(xiàn)綜合接入裝置的WIFI、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)、紅外遙控接口等功能。2綜合接入裝置接入INTERNET網(wǎng)絡(luò)功能，綁定IP地址，實(shí)現(xiàn)家居控制的服務(wù)器功能。3ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)溫、濕度等傳感器的數(shù)據(jù)采集與傳輸，通過(guò)WIFI發(fā)送到手機(jī)實(shí)時(shí)顯示。4通過(guò)紅外模塊，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)遙控器按鍵功能的學(xué)習(xí)、存儲(chǔ)與發(fā)射紅外編碼，從而使遙控器成為虛擬設(shè)備奠定基礎(chǔ)。5安卓手機(jī)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)上獲取家居信息、遙控器代碼信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操控家居設(shè)備。322性能需求根據(jù)以上任務(wù)的需求，對(duì)家居智能車(chē)系統(tǒng)提出了一下性能要求1網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全、高效。2工作穩(wěn)定性較強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地響應(yīng)手機(jī)發(fā)出的命令。3較完善的數(shù)據(jù)采集能力。4具有較強(qiáng)的控制性能。5接入主控系統(tǒng)的驗(yàn)證能力。6具有較高的拓展性。33方案設(shè)計(jì)與分析331系統(tǒng)主機(jī)方案分析此部分設(shè)計(jì)的目標(biāo)為獲得ZIGBEE和攝像頭模塊等傳感器所采集到的信息，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、數(shù)字化后，在存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)，每采集一組信息后進(jìn)行相應(yīng)處理。本系統(tǒng)采用的是無(wú)線技術(shù)進(jìn)行的信息的遠(yuǎn)距離傳輸，而不是普通的有線傳輸，并且需要處理攝像頭采集的數(shù)據(jù)較為龐大，而且智能家居應(yīng)該符合現(xiàn)今節(jié)能的潮流。根據(jù)以上任務(wù)的需求，該微處理系統(tǒng)必須有較高的處理速度，滿足功耗和成本的要求。因此我們選擇了ARM11（S3C6410）芯片作為主機(jī)系統(tǒng)的處理器，采用LINUX作為主機(jī)的操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出一套基于嵌入式技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的性能需求，并且具有較高的拓展性。332監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)方案分析各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)電路主要由ZIGBEE芯片、天線、其他傳感器件構(gòu)成。ZIGBEE可以容易地?cái)U(kuò)展傳感器件，實(shí)現(xiàn)更多的監(jiān)測(cè)功能。本系統(tǒng)中將使用一個(gè)ZIGBEE節(jié)點(diǎn)，模擬對(duì)家中溫濕度的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋到ANDROID客戶端中。主控板上搭載有ZIGBEE協(xié)調(diào)器，在紅外模塊無(wú)法接發(fā)信號(hào)的地方布置ZIGBEE節(jié)點(diǎn)，其中搭載有LED燈和DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居溫濕度的采集和模擬開(kāi)關(guān)燈。333控制節(jié)點(diǎn)方案分析控制節(jié)點(diǎn)將由電源模塊，單片機(jī)及紅外接收模塊組成。當(dāng)使用ANDROID客戶端控制家居電器時(shí)，手機(jī)通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)將控制指令發(fā)送給主控系統(tǒng)，隨后主控系統(tǒng)將手機(jī)存儲(chǔ)的紅外信號(hào)（16進(jìn)制編碼）通過(guò)主控板搭載的紅外發(fā)送模塊發(fā)送信號(hào)，控制節(jié)點(diǎn)接收紅外信號(hào)做出響應(yīng)，從而達(dá)到模擬控制具有紅外遙控功能的家用電器。此外，本智能家居系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求和不同環(huán)境的應(yīng)用，添加各種相關(guān)傳感器設(shè)備進(jìn)行布設(shè)，如煙霧傳感器、有毒有害氣體傳感器、防盜傳感器等等。334系統(tǒng)安全及認(rèn)證方案分析由于系統(tǒng)通過(guò)WIFI接入INTERNET，考慮到控制系統(tǒng)的安全性。所以為了防止非法用戶的盜用，從而非法控制家中設(shè)備造成損失，確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?，本系統(tǒng)采用了基于MAC地址的訪問(wèn)控制。系統(tǒng)的主機(jī)中將設(shè)計(jì)一個(gè)客戶端認(rèn)證程序，用戶必須在主機(jī)中注冊(cè)安卓智能手機(jī)的MAC地址。每當(dāng)用戶發(fā)出控制請(qǐng)求時(shí)，手機(jī)將會(huì)發(fā)送MAC地址到系統(tǒng)主機(jī)中進(jìn)行身份驗(yàn)證。只有驗(yàn)證通過(guò)后，用戶的手機(jī)才能控制此智能家居系統(tǒng)。并且在ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信中，將采用CC2530中的AES128安全協(xié)處理器對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加解密。34作品特色及創(chuàng)新點(diǎn)相對(duì)于現(xiàn)今所使用的技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在1、本設(shè)計(jì)采用無(wú)線安裝技術(shù)，不需要通過(guò)繁瑣的連線就可以通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊獲取家中信息，可以靈活地選擇安裝的位置，大部分設(shè)備均可采用無(wú)線接入方式。2、本設(shè)計(jì)配套有安卓手機(jī)客戶端，提供人性化操作提示，方便用戶操作，并可通過(guò)INTERNET網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家中設(shè)備的遠(yuǎn)距離操控。3、本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與其他通訊協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，突破了基于不同標(biāo)準(zhǔn)不同協(xié)議之間連通性差的問(wèn)題。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理分析41系統(tǒng)主控部分的硬件設(shè)計(jì)411處理器及其相關(guān)設(shè)備1芯片S3C6410是基于16/32BITRISC內(nèi)核的低成本、低功耗、高性能微處理器解決方案，用于移動(dòng)電話和通用應(yīng)用。為了給25G和3G業(yè)務(wù)提供最佳的硬件性能，S3C6410采用64/32BIT內(nèi)部總線架構(gòu)，內(nèi)部集成了多個(gè)功能強(qiáng)大的硬件加速器，如移動(dòng)圖象處理、顯示控制和圖像縮放。集成多格式編解碼器（MFC）支持MPEG4/H263、H264編解碼和VC1解碼。硬件編碼器/解碼器支持實(shí)時(shí)視頻會(huì)議及NTSC和PAL格式的TV輸出。此外，S3C6410包含高級(jí)3D圖形加速器，三角形生成率為4M/S，帶OPENGLES11/20，D3DMAPI接口。為消減系統(tǒng)總成本和增強(qiáng)總體功能，S3C6410集成了許多硬件外設(shè)，如CAMERA接口、TFT24BIT真彩色LCD控制器、電源等系統(tǒng)管理、4通道UART、32通道DMA、4通道定時(shí)器、通用I/O端口、IIS、IIC總線接口、USBHOST（480MBPS）、3通道SD/MMCHOST控制器及時(shí)鐘生成PLL。采用90NMCOMS工藝，低功耗、簡(jiǎn)潔、精美且全靜態(tài)設(shè)計(jì)使得S3C6410非常適合對(duì)成本、功耗敏感的應(yīng)用。2LCD控制器（TFTLCDCONTROLLER）顯示控制器，支持TFT24BITLCD屏，分辨率能支持到1024X1024。顯示輸出接口支持RGB接口，I80接口，BT601輸出YUV4228BIT和輸出給TVENCODER的接口。支持最多5個(gè)圖形窗口并可進(jìn)行OVERLAY操作，從WINDOW0到WINDOW4，分別支持不同的圖像輸入源和不同的圖像格式。實(shí)際上，顯示控制器可以接收來(lái)自CAREMA，F(xiàn)RAMEBUFFER和其他模塊的圖像數(shù)據(jù)，可以對(duì)這些不同的圖像進(jìn)行OVERLAY，并輸出到不同的接口，比如LCD，TVENCODER。412ZIGBEE協(xié)調(diào)器模塊（1ZIGBEE技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域ZIGBEE技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等。通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZIGBEE技術(shù)做無(wú)線傳輸1需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多；2要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；3設(shè)備體積很小，電池供電；不便放置較大的充電電池或者電源模塊；4使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測(cè)遙控系統(tǒng)。5使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。（2）ZIGBEE技術(shù)的特點(diǎn)省電兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間可靠采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?。時(shí)延短針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。安全ZIGBEE提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES128。高保密性64位出廠編號(hào)和支持AES128加密。（3）ZIGBEE綁定方式綁定指的是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層上建立起來(lái)的一條邏輯鏈路,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上可以建立多個(gè)綁定服務(wù)，分別對(duì)應(yīng)不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)包。此外，綁定也允許有多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)（一對(duì)多綁定）。當(dāng)在源節(jié)點(diǎn)上建立了綁定，應(yīng)用服務(wù)程序可向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，而不需指定目標(biāo)地址了。這樣，協(xié)議棧將會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的命令標(biāo)識(shí)符，通過(guò)查詢(xún)對(duì)應(yīng)于自身的綁定表上目標(biāo)設(shè)備地址。每一個(gè)綁定表的條目中，有時(shí)會(huì)有多個(gè)目標(biāo)端點(diǎn)。處理器使用協(xié)議棧自動(dòng)地重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)包到綁定表指定的各個(gè)目標(biāo)地址。同時(shí)，如果在編譯目標(biāo)文件時(shí)，編譯選項(xiàng)NV_RESTORE被打開(kāi)，協(xié)議棧將會(huì)把綁定條目保存在非易失性存儲(chǔ)器里。因此當(dāng)意外重啟（或者節(jié)點(diǎn)電池耗盡需要更換）等突發(fā)情況的發(fā)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)恢復(fù)到掉電前的工作狀態(tài)，而不需要用戶重新設(shè)置綁定服務(wù)，此功能保障了用戶數(shù)據(jù)的安全性。本設(shè)計(jì)中ZIGBEE設(shè)備之間通過(guò)調(diào)用ZB_ALLOWBINDUINT8TIMEOUT函數(shù)允許綁定，掃描檢測(cè)匹配描述符，協(xié)調(diào)器設(shè)備調(diào)用ZB_BINDDEVICE發(fā)起綁定請(qǐng)求，具體可分為已知擴(kuò)展地址綁定和未知擴(kuò)展地址綁定。已知拓展地址直接調(diào)用APSME_BINDREQUEST，如果綁定成功則調(diào)用函數(shù)ZDP_NWKADDRREQ得到目的設(shè)備的短地址。而未知擴(kuò)展地址的綁定首先調(diào)用ZDO_ANYCLUSTERMATCHESBYTEACNT,UINT16ALIST,BYTEBCNT,UINT16BLIST比較是簇命令A(yù)是否是命令列表B中的一個(gè)。接著發(fā)送匹配描述符請(qǐng)求。如果有設(shè)備對(duì)其響應(yīng)，返回ZDP_MATCHDESCREP，觸發(fā)SYS_EVENT_MSG事件，并調(diào)ZDO_MATCH_DESC_RESP的處理函數(shù)發(fā)送綁定請(qǐng)求APSME_BINDREQUEST。ZIGBEE協(xié)調(diào)器電路如下圖所示圖41ZIGBEE協(xié)調(diào)器PCB圖413WIFI模塊本模塊具有高性能、低價(jià)格、低功耗、體積小、可定制接口等特點(diǎn)，其極高的兼容性，能夠快速、方便的與11B、11G無(wú)線設(shè)備進(jìn)行連接。通過(guò)SDIO接口與MINI6410連接使用，支持LINUX/WINDOWSCE6/ANDROID。其簡(jiǎn)要特性1基于33V供電211G54/48/36/24/18/12/9/6M自適應(yīng)311B11/55/2/1M自適應(yīng)4常規(guī)功耗180MA接收/270MA發(fā)送其外形如下圖所示圖42WIFI模塊414紅外發(fā)送模塊工作原理一般紅外遙控器的輸出都是用編碼后串行數(shù)據(jù)對(duì)3840KHZ的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。本設(shè)計(jì)設(shè)定發(fā)送的方波為397KHZ，嵌入式引腳通過(guò)與門(mén)控制紅外發(fā)送模塊。當(dāng)遙控器按下按鍵后，不同按鍵會(huì)發(fā)送不同的紅外編碼。這種遙控碼具有以下特征采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬0565MS、間隔056MS、周期為1125MS的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬0565MS、間隔1685MS、周期為225MS的組合表示二進(jìn)制的“1”。一般遙控器的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼，用于核對(duì)數(shù)據(jù)是否接收準(zhǔn)確。根據(jù)紅外編碼的格式，發(fā)送數(shù)據(jù)前需要先進(jìn)行匹配，先發(fā)送9MS的起始碼和45MS的結(jié)果碼。遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形如下圖所示圖43遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖本設(shè)計(jì)中的接收模塊使用TL0038一體化紅外線接收器進(jìn)行接收解碼，當(dāng)TL0038接收到397KHZ紅外信號(hào)時(shí)，輸出端輸出低電平，否則為高電平。所以紅外遙控器發(fā)送紅外信號(hào)時(shí)，參考上面遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖，在低電平處發(fā)送397KHZ紅外信號(hào)，高電平處則不發(fā)送紅外信號(hào)。紅外發(fā)射裝置的原理圖如圖44所示，用三個(gè)并聯(lián)的發(fā)射管來(lái)加大發(fā)射面積，增強(qiáng)發(fā)射功率。圖44紅外發(fā)射裝置的原理圖415攝像頭模塊CMOS攝像頭是一種采用CMOS圖像傳感器的攝像頭，主要分為兩種CMOS和CCD。而言，CMOS應(yīng)用在普通數(shù)碼設(shè)備中，CCD應(yīng)用高檔數(shù)碼設(shè)備中，都是光學(xué)成像的集成模塊，但CCD比CMOS單位成像的效果要好，價(jià)格也相對(duì)較高。本設(shè)計(jì)所使用攝像頭如下圖所示12345678UR0KPFCUQDPHEADRVGN圖45CMOS攝像頭外觀OV9650攝像頭模塊主要性能最大成像1300X1028像素（130萬(wàn)像素）電壓指標(biāo)1核心電壓18VDC102模擬電壓245TO28VDC3電源電壓30TO33VDC輸出格式（8位）1YUV/YCBCR4222GRB4223RAWRGBDATA成像速率1VGA30FPS2QVGA,QQVGA,CIF60FPS3QCIF,QQCIF120FPS像素大小318MX318M焦距范圍50CM4000CM調(diào)焦距離100CM42監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括ZIGBEE終端節(jié)點(diǎn)、LED燈（模擬家居電燈）和溫濕度傳感器DHT111。421ZIGBEE終端模塊本設(shè)計(jì)的采用單個(gè)節(jié)點(diǎn)綁定ZIGBEE協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制，其技術(shù)特點(diǎn)與協(xié)調(diào)器類(lèi)似。只是在所組網(wǎng)中為終端節(jié)點(diǎn)，其原理圖如下圖46ZIGBEE終端PCB圖422溫濕度傳感器模塊1DHT11產(chǎn)品概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。其內(nèi)部采用單線制串行接口，使其與處理器之間的數(shù)據(jù)交換變得簡(jiǎn)易快捷。DHT11有著超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。其原理圖如下圖所示圖47DHT11原理圖（2）溫濕度傳感器工作原理對(duì)DHT11傳感器的操作采用單總線方式，因此對(duì)時(shí)序的要求非常高，下面是通訊的操作和數(shù)據(jù)說(shuō)明數(shù)據(jù)格式8BIT濕度整數(shù)數(shù)據(jù)8BIT濕度小數(shù)數(shù)據(jù)8BI溫度整數(shù)數(shù)據(jù)8BIT溫度小數(shù)數(shù)據(jù)8BIT校驗(yàn)位MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40BIT的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào),DHT11是不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。因此只有當(dāng)用戶需要采集溫濕度數(shù)據(jù)時(shí)，MCU才會(huì)發(fā)送指令。其中MCU的起始時(shí)序和DHT11的響應(yīng)時(shí)序如下圖所示圖48主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)圖49DHT11應(yīng)答信號(hào)按照該溫濕度的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，編寫(xiě)了兩個(gè)在CC2530上運(yùn)行的函數(shù),用于初始化和響應(yīng)MCU請(qǐng)求，采集溫濕度，其函數(shù)名和注釋如下BOOLSTART_DHT11VOID/溫濕度傳感器初始化；BOOLREAD_DHT11DHT_DATADHT_DATA/讀取DHT11溫濕度計(jì)，讀取結(jié)果存在DHT_DATA結(jié)構(gòu)體內(nèi)。43控制節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)本模塊由51單片機(jī)、紅外接收模塊、電機(jī)模塊和晾衣架模塊組成。431紅外接收模塊本設(shè)計(jì)的紅外接收模塊采用HX13838一體化接收管來(lái)接收信號(hào)，當(dāng)控制端為高電平時(shí)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，此時(shí)接收管接收到紅外光時(shí)輸出引腳輸出低電平；反之，控制引腳為低電平時(shí)紅外發(fā)射管截止，接收管輸出引腳輸出高電平。單片機(jī)通過(guò)對(duì)高低電平時(shí)間計(jì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的解碼。接收電路原理圖如圖410所示OUTGND2VC3HX8PEADR0R5K6UF47圖410接收電路原理圖432風(fēng)扇模塊當(dāng)51單片機(jī)通過(guò)紅外接收模塊接收到用戶控制指令時(shí)，單片機(jī)根據(jù)指令的類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的電機(jī)控制，模擬家中紅外電風(fēng)扇，其中有1,2,3檔和開(kāi)關(guān)等功能。433晾衣架模塊本模塊模擬家中晾衣架的伸縮，即當(dāng)雨水天氣時(shí)，我們可以通過(guò)手機(jī)控制收起晾衣架，以免雨水淋濕；當(dāng)晴天時(shí)控制晾衣架伸出，使其有充沛的陽(yáng)光照射。其控制過(guò)程是用戶指令通過(guò)INTERNET或是WIFI網(wǎng)絡(luò)與主控系統(tǒng)通信，然后主控系統(tǒng)控制紅外發(fā)送模塊發(fā)送控制指令，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)的紅外接收模塊接收到指令后，單片機(jī)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)伸縮功能。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51系統(tǒng)程序流程511系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，采用了并發(fā)服務(wù)器設(shè)計(jì)通訊程序。并發(fā)服務(wù)器是一般的面向連接的服務(wù)器程序的代碼框架。該代碼框架使用對(duì)進(jìn)程處理的方式處理多個(gè)請(qǐng)求，子進(jìn)程負(fù)責(zé)處理連接請(qǐng)求，因此關(guān)閉監(jiān)聽(tīng)套接字，父進(jìn)程繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)請(qǐng)求，不會(huì)遺漏通信請(qǐng)求。其通訊流程圖如下所示圖51通訊程序設(shè)計(jì)框圖512接口程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主機(jī)中，S3C6410主控芯片與ZIGBEE協(xié)調(diào)器之間采用了串口通訊。因此在嵌入式LINUX中設(shè)計(jì)了串口通訊程序。首先需在串口配置文件SERIALCFG中對(duì)串口進(jìn)行相應(yīng)的配置，本程序中波特率設(shè)置為9600BPS。在主函數(shù)中讀取配置文件后對(duì)串口進(jìn)行初始化，最終實(shí)現(xiàn)用SERIAL發(fā)送數(shù)據(jù)的命令對(duì)串口進(jìn)行收發(fā)控制。其部分代碼如下所示INTMAININTARGC,CHARARGVINTNWRITEIFARGCPAGEVIEWSADDFLATERINFLATERLAYOUTITEM01,NULLPAGEVIEWSADDFLATERINFLATERLAYOUTITEM02,NULLPAGEVIEWSADDFLATERINFLATERLAYOUTITEM03,NULL532手勢(shì)密碼程序設(shè)計(jì)當(dāng)點(diǎn)擊主界面的登錄按鈕后，彈出手勢(shì)控制界面，首次打開(kāi)軟件要新建手勢(shì)密碼，當(dāng)正確重繪手勢(shì)之后進(jìn)入控制主界面。進(jìn)入控制主界面之后還可以重新修改密碼，防止密碼被人竊取后隨意控制自己的家中設(shè)備。采用手勢(shì)密碼的原因是為了防止少數(shù)人忘記密碼，并且數(shù)字密碼不安全，而且手勢(shì)密碼比較創(chuàng)新，能增加用戶體檢，增加使用次數(shù)。其中并不是每一部手機(jī)安裝本軟件就能進(jìn)行家中智能家居進(jìn)行控制，必須在服務(wù)器注冊(cè)該手機(jī)地址才能進(jìn)行操作。其中識(shí)別流程就是當(dāng)輸入完手勢(shì)密碼，手機(jī)將本手機(jī)的MAC地址發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將此MAC地址與其注冊(cè)的MAC地址相匹配，相等時(shí)則發(fā)送匹配信息，進(jìn)入下一界面。手勢(shì)密碼識(shí)別核心部分如下IFPREDICTIONSCORE3/手勢(shì)密碼匹配度超過(guò)70IFSHIBIEEQUALSPREDICTIONNAMESYSTEMOUTPRINTLN“XIANSHI“TRYSTRINGMACADDGETLOCALMACADDRESSSTRINGMACSTR“CR“MACADDSTRINGIPADDRESSPREFERENCESGETSTRING“IP“,“INTPORTPREFERENCESGETINT“PORT“,8000INETADDRESSADDRINETADDRESSGETBYNAMEIPADDRESSSOCKETSOCKETNEWSOCKETADDR,PORTDATAOUTPUTSTREAMOUTSTREAMNEWDATAOUTPUTSTREAMSOCKETGETOUTPUTSTREAMBYTEMSGGUFFERMSGGUFFERMACSTRGETBYTESOUTSTREAMWRITEMSGGUFFERDATAINPUTSTREAMINSTREAMNEWDATAINPUTSTREAMSOCKETGETINPUTSTREAMBYTEDATABYTESHOUSHITOOLREADINSTREAMINSTREAMINSTREAMCLOSESTRINGTEMPSTRNEWSTRINGDATABYTE,0,DATABYTELENGTHSOCKETCLOSE手勢(shì)密碼界面如下圖所示，當(dāng)正確輸入密碼以及服務(wù)器注冊(cè)本手機(jī)的MAC地址后，程序跳轉(zhuǎn)到控制主界面，在此界面中。用戶就可以開(kāi)始對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行控制。其中模擬有電燈，風(fēng)扇，