嵌入式智能家居控制系统软件设计

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1、本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目： 嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学 院： 电气工程学院 专业班级： 自动化1204 学生姓名： 刘芳春 学 号： 120302433 导师姓名： 王通 开题时间：2016年 3 月 18 日1.课题背景及意义1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定 “智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力， 而且容易造成设备使用效率不高

2、， 浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅1， 在国外也叫做 Smart Home 。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统2。由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满

3、意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计3,4 。嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复

4、杂、系统庞大的应用中5。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。µC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的µC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定6,7。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。1.2 课题国内外研究现状及趋势 随着全球化信

5、息产业第三次浪潮的兴起，智能家居出现在 普通人们的视野之中。 上个世纪八十年代，随着电子技术的提升和成熟，非常多的上市家用电器都采用了电子技术。面对日益增多的家用电器，人们迫切希望出现一种自动化或者是智能化的家电管理系统。八十年代中期，出现了住宅自动化概念（HA，Home Automation)8，即，将家用电器、通信设备和安防设备这些传统上认为独立的功能整合为一个整体。八十年代末期，由于通信与信息技术出现突破性发展，开始逐渐出现了一些专门的商用系统，系统利用总线技术对住宅中的各种家电、安防和通信设备实现控制、监视和管理。1984 年，美国联合科技公司（United Technologies

6、Build ing System建成了全世界首栋类似于智能家居的“智能型建筑” CityPlaceBuilding，这是人们第一次见识到的建筑设备信息化、整合化的建筑物。从此以后，许多公司和机构纷纷加入搭建智能家居队列之中。 比如，MIT、西门子、思科、IBM 、Xerox、微软等国际巨头。2003 年，Housing Learning & Improvement Network 发布了一种对智能j家居的定义，并开展了 DTI 智能家居项目9。Nektarios Papadopoulos 等提出并研究了一种连接家庭平台 （CHP） 和智能家居应用开发平台的架构10。 Dae- Man

7、Han 和 Jae- Hun Lim 提出和研究了一种基于 ZigBee 技术的智能家居能量管理系统11。有学者描述了一种智能家居系统管理协议的设计和实现12。还有人使用 ZigBee 或者蓝牙作为局域联网技术，使用万维网作为远程接入技术13. 智能家居在国内的发展时间虽然较短，但是也取得了很大进步。与此同时，国内智能家居行业虽然正处于初步发展阶段，但是目前的发展非常迅速14。 2003 年，由联想带头、众多单位参与的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组正式成立，这就是大家都耳熟能详的“闪联”1516。2004 年，海尔公司率领多个厂家协同推出新网络家电标准“e 家佳”171819。此后不到

8、一年，信息产业部确定“闪联” 和 “e 家佳” 为行业推荐性标准。 2012年，长虹公司推出自主研发的具有 5 种场景的智能家居体验馆，系统将多种应用场景和设备智能控制方式有机结合，形成一个家庭控制系统20。市场上其它比较成熟的解决方案有海尔家庭系统，TCL 的智能家居系统等。经过这些年的发展，我国的智能家居已经有了自己的特色。从最开始只能控制单一的设备，如控制灯光、远程抄表，发展到现在已经将多个控制单元融入一个系统，方便统一管理。从最开始各公司各自制定私有接口协议、开发自己私有的产品，到智能家居联盟开始着手起草通用接口和协议。从最初一些能力有限小公司的小规模投入，发展到联想集团、海尔等大公司

9、开始大力投入该领域。现今，在智能家居领域中有几款杰出的产品。Honeywell Smart Home 在中国大陆名叫 MoMas，随着数字技术和移动控制成为当今的主流，该公司生产的产品具有丰富的、时髦的控制终端应用。用户只需要将应用安装到支持WIFI 的手机或平板电脑灯移动终端上，然后动动手指便可以轻松控制电灯、空调等家用设备，实现了一键控制多种设备的目的。Control4 是一家专业设计和生产家庭自动化控制产品及其解决方案的公司。由于开发的产品大多是基于 IP 技术，因此其产品具有性能好、经济实惠、并且支持很多时髦的技术。其家庭内部网络一般采用 Zigbee 或者 WIFI，很方便在那些房屋

10、已经装修好的家庭使用。 目前，智能家具在全球都呈现良好的发展趋势，嵌入式智能家具在美国、德国、新加坡、日本等都有广泛的应用21，在国内，智能家具也已经走过了概念期，正是基于对智能家具市场发展前景的展望，使得越来越多的企业介入智能家具这个行业，随着科学技术的迅速发展和嵌入式技术的不断提高，我国的嵌入式智能家具系统也会越来越完善，嵌入式智能家具系统软件技术也会不断提高。今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元，在国内，“维纳斯计划”和“女娲计划”一度闹得沸沸扬扬，机顶盒、信息加电这两年更成了IT热点，而实际上这些都是嵌入式系统在特定环境下的一个特定应用。据调查，目前国际上已有两百多种嵌入式

11、操作系统，而各种各样的开发工具、应用于嵌入式开发的仪器设备更是不可胜数。我国信息化与全面小康社会建设对嵌入式系统市场提出巨大需求，信息家电产品年需求量几亿台，每一类数字化家电产品都有千万台市场需求量，工业控制用嵌入式系统有百十万台套需求量，商用嵌入式系统需求量几百万台。我国己有集成电路及PCB印刷电路板产品的大批量生产能力，出口的嵌入式应用产品亦将逐步增长，在全球市场也可占有一席之地。2005年我国嵌入式计算机创造上千亿元的效益，嵌入式计算机是信息、产业新的经济增长点。国内外的市场为我国嵌入式系统产业提供大有作为的广阔天地2223。随着嵌入式应用的日益普及，实时操作系统在嵌入式系统设计中的应用