嵌入式智能家居控制系統的研究與設計

系統結構設計
本文將控制系統分為現場(chǎng)控制級（主機）和多個(gè)控制對象級(分機)?，F場(chǎng)控制級設備能夠收集到控制對象的各種信息，對這些數據進(jìn)行處理，并能夠在設定的條件下產(chǎn)生報警。通過(guò)該系統，可以得到家居的各種運行狀態(tài)（例如，房間溫度、濕度，煤氣泄漏報警等），并能根據現場(chǎng)情況做出相應的調整控制（例如，照明及家電控制等）。其家居控制系統結構如圖1所示。

圖1 家居控制系統結構圖

本文僅研究設計智能家居的現場(chǎng)控制部分，圖1中的GSM和GPRS等遠程通信模塊作為以后系統的擴展升級。主機MCU選用ARM9芯片S3C2410，因其具有豐富的功能端口而適合設計要求和日后擴展。S3C2410嵌入式微處理器集成了眾多的常用資源，例如，LCD控制器、NAND Flash控制器、SDRAM控制器、系統片選邏輯以及一些常用的通信接口等資源。

分機采用16位單片機MSP430F149，主要考慮此芯片的低功耗性能，具有超低功耗的MSP單片機可以完成分機家居現場(chǎng)的控制功能。報警信息的采集就是對各傳感器的信息采集；對各種家電的控制是通過(guò)控制連接在家電電源的繼電器來(lái)實(shí)現；現場(chǎng)控制手動(dòng)命令是通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現的。各分機通過(guò)nRF905收發(fā)模塊與主機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。各分機通過(guò)連接不同的傳感器或控制器來(lái)實(shí)現不同的功能。

系統軟件開(kāi)發(fā)
在Windows CE.net產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，有兩個(gè)重要的方面，一個(gè)是內核定制，另一個(gè)是應用程序的開(kāi)發(fā)。微軟在這兩個(gè)方面都提供了非常好的開(kāi)發(fā)工具，這就是內核定制工具Platform Builder和應用程序開(kāi)發(fā)工具Embedded Visual C++。

1 操作系統平臺定制
Windows CE平臺的定制過(guò)程

（1）選擇操作系統的基本配置，并且為特定的平臺選擇相應的微處理器和板級支持包BSP（Board Support Packet）。本系統終端采用S3C2410處理器，因此我們導入了和硬件平臺相關(guān)的smdk2410.cec文件。

（2）利用標準開(kāi)發(fā)向導，根據Windows CE的架構創(chuàng )建一個(gè)定制平臺，根據目標硬件設備開(kāi)發(fā)Boot Loader、設備驅動(dòng)程序，適當的裁減、添加組件，如有需要還須對某些配置文件進(jìn)行修改，然后封裝所需要的各功能模塊，編譯生成OS鏡像文件。

（3）通過(guò)以太網(wǎng)、USB或串口將鏡像文件下載到目標設備，可以使用Platform Builder提供的調試工具查看Windows CE.net的運行情況并進(jìn)行調試，若需要，進(jìn)行重復配置、封裝、下載及調試，直到滿(mǎn)足要求，完成平臺的創(chuàng )建。

（4）最后，導出相應的SDK（Software Development Kit）軟件開(kāi)發(fā)工具包，運行后安裝到EVC中，使得可以進(jìn)行特定硬件平臺上的應用程序開(kāi)發(fā)。SDK包含程序庫、頭文件、示例程序源代碼和庫函數使用文檔，同時(shí)還包括編程指導和API參與以及設備驅動(dòng)工具包（DDK）。

安裝BSP
把Windows CE.net移植到新硬件平臺由平臺構造器（Platform Builder）完成。Platform Builder 4.2是一個(gè)定制基于Windows CE.net 4.2操作系統的嵌入式平臺的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。我們?yōu)橐粋€(gè)硬件平臺構建CE系統，在PB里實(shí)際上就是創(chuàng )建平臺，然后編譯平臺，得到CE映像文件的過(guò)程。所以我們首先需要創(chuàng )建一個(gè)平臺。板級支持包（BSP）是連接一個(gè)硬件平臺和操作系統內核功能的橋梁，所以，首先PB會(huì )要求選擇BSP。

Platform Builder本身就提供了多種目標板的BSP，如果開(kāi)發(fā)板和Platform Builder提供得相同，那么只需重新編譯，生成相應的系統鏡像下載到開(kāi)發(fā)板即可。但是實(shí)際情況更多的可能是處理器相同，但是板上的各種外圍硬件接口不盡相同，這時(shí)候可以通過(guò)修改Platform Builder中相同或相近處理器的BSP來(lái)完成一個(gè)新的BSP，這樣可以大大減少BSP的研發(fā)時(shí)間。這里我們利用廠(chǎng)商直接提供的BSP，節省了開(kāi)發(fā)時(shí)間，也可以提高成功率。

圖2 生成系統鏡像