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1、-嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用探究-第 7 页嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用探究 摘 要：本文介绍了嵌入式技术和智能家居系统的概念，并主要探索了基于基于TinyOS技术、基于Zigbee技术和基于Wi-Fi技术的嵌入式技术在智能家居系统控制系统中的应用。 【关键词】嵌入式技术 智能家居 控制系统 伴随着经济社会和科技的长足发展，人们对生活的便捷性要求越来越高，智能家居控制系统应运而生，并得到了快速的发展。 1 嵌入式的概念 上世纪七八十年代，嵌入式系统的概念首先在美国出现，这是一种综合了微电子、传感器、半导体、通信和计算机等功能的技术。近年来，微电子技术和半导体技术迅猛发展，同样
2、也带动了嵌入式技术的发展。嵌入式技术的发展决定了其应用的范围越来越广，应用的形式也越来越多样化。 2 智能家居系统简介 所谓智能家居是指：借助智能化和人性化的管理系统，营造一个便捷、安全、健康、舒适、节能、环保的生活环境。智能家居系统的运行要得以保障，离不开系统控制技术、通信技术和传感器技术等，因此将包含这些技术的嵌入式技术应用于智能家居系统，对于智能家居系统的发展和完善具有重要意义。 3 嵌入式技术的应用 3.1 基于TinyOS技术的嵌入式技术 TinyOS技术是源于Aavid Culler为无线传感网络开发的一种嵌入式系统，这种系统的开发采用的编程基础是NesC语言。TinyOS技术建立
3、的基础是各组件以一定的方式形成架构，它能够以很短的时间实现所有的应用，而且由于其设计采用模块化，保证了它具有核心小的特点。即使是传感器资源较少时，其使用也不会受到限制，因此TinyOS技术保证了它能在无线传感器网络上也能不受影响的运行，能正常地发挥其管理作用。TinyOS技术具有一个类似网络协议的层次结构，有分管接收的底层硬件，有可以进行数据编码的综合硬件层组件，具有传输数据包和参数的功能和解析的功能。另外还具有分管数据打包的上层软件组件，可以传递数据、选择路由。而其中的上层组件是由应用程序组件和主组件共同组成。 基于TinyOS技术的嵌入式技术还需要采用编程语言，合适的编制语言有NesC语言
4、。这是一种能够支持组件化编程的语言，它的优势在于能够结合思想和执行模型，其中思想是指组件化和模块化思想，而执行模型是指基于事件驱动的模型。NesC语言借助于将组织和命名采用一定的组件连接方式，进而共同构成一个完整的嵌入式网络系统。NesC语言对于TinyOS技术的开发运行非常有用，可为其提供运行模式。 Qt开发框架是建立在对C+程序的完整应用基础上的，它的API接口非常丰富，重要的是它所拥有的API接口都具有相同的平台，就是在一次编写之后，能够实现随处编译，这一点对于开发调试非常有好处，而且便于应用扩展的实现。根据所需要的功能，用Qt设计应用程序的框架，而应用程序做为最上层程序，完成它的设计，
5、就能充分利用它的编译功能，取得事半功倍的效果。 借助于TinyOS技术和NesC语言的帮助，基于人们对家居环境的具体要求，用Qt编程技术就可以设计出一个完美的，能够实现人们要求的智能家居控制系统。当然，这个系统必不可少的还有一个传感器，它能够探测、收集环境信息。这个过程中的用户界面开发需要借助Qt编程技术和具有丰富性和跨平台性的API接口。这三项结束的结合能够设计出界面优美、功能强大的、人性化的家居系统。 3.2 基于Zigbee技术的嵌入式技术 Zigbee技术是一种短距离的无线电通信协议，它是一种新兴的通信协议，主要是针对低速率的无线个域网。Zigbee技术做为一种技术提案，处于无线标记技
6、术和蓝牙两者之间。但是一般情况下，它用于短距离内的无线连接。Zigbee技术的通信是靠数千的微小传感器根据802.15.4标准相互协调实现的。Zigbee技术的通信效率比较高，原因是：各个传感器通过无线电波，将数据以接力的方式进行传播。虽然目前情况下，短距离无线电通信协议非常多，但是Zigbee技术有相比于其它技术的优势，所以更适合用于智能家居系统，而且Zigbee技术具有与移动网络基站类似的数据传输模块，支持无限扩展。 将Zigbee技术应用于智能家居系统，采用无线电通信技术，将系统中的家电设备连接成星型网络。Zigbee技术的通信协议由网络协调器和终端节点以及路由器但中节点共同构成。Zig
7、bee技术中的路由器节点具有路由发现功能，能够参与信息转发，它扩展网络的覆盖范围是通过连接别的节点来实现的。Zigbee技术终端节点连接网络的方式包括协调点和路由点。但是其它节点无法通过Zigbee技术终端点加入网络，而且Zigbee技术终端点的优势还有能够实现低功率运行。 Zigbee技术伴随着自动化的产生而出现，它能够实现无线通信和数据传输，是无线传感器网络得以实现的支撑技术，具有功率小，能耗低、成本低的优点。近几年伴随这智能家居系统的需求越来越高，它的应用也越来越广泛，它的功能也越来越受到人们的重视。 3.3 基于Wi-Fi技术的嵌入式技术 建立在Wi-Fi技术基础上家居系统，它的实现主
8、要包括智能传感器，配合互联网服务器，以及控制媒介和中央处理器。这种系统的控制媒介一般为智能手机，信息由服务器传向中央处理器，借助Internet进行有效连接，进而实现控制智能家居系统。这种系统的优势在于，其在运行时，通过互联网，用户便能够对家居系统进行控制。这种系统的功能要充分实现还需要一定的硬件支持，主要包括三个方面： 3.3.1 FPGA平台 它在硬件系统起的作用是最关键和核心的，它的主要功能包括掌控动作电路、监测并反馈动态信息、处理和接手控制指令。 3.3.2 Wi-Fi系统建立 打个比方，应用无线模块HLK-RMO4，这是一种全新的、能够有效适应的嵌入式模块。这种模块的基础是通用串行接
9、口，有内置的TCP和IP协议，主要是为了将无线信号和FPGA控制中心连接起来。 3.3.3 继电器模块 智能家居系统的控制对象是普通的家电，它们属于强电范围，因此操作作用的实现就需要借助控制平台，而继电器模块能够实现中间控制。 建立在Wi-Fi技术的智能家居系统在应用过程中具有性能稳定的优点，除此之外，对家庭内部相关网络的应用能够实现无线控制家居设备。而且，在设计过程中，将智能手机的应用结合进来，对于设计的灵活性和效率大有裨益。因此基于基于Wi-Fi技术的智能家居系统开发非常具有前景。 4 结束语 随着物质生活和精神生活的日益丰富，人们对于家居环境的要求越来越高，智能家居系统的舒适和时尚越来越为人们所乐于接受，智能家居系统的开发也将受到研究者的关注。基于TinyOS技术、基于Zigbee技术和基于Wi-Fi技术智能家居系统各有优点，各具特色，研发人员在研发过程中可根据不同的需求进行选择。 参考文献 1关海鹏.嵌入式系统在智能家居监控中的应用研究J.运城学院学报，2014（32）：22-24. 2李春萍，等.基于TinyOS与嵌入式技术的智能家居系统J.技术纵横报，2006（1）：22-25. 作者单位 沈阳师范大学 辽宁省沈阳市 110034