基于Arm-Linux的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設計

摘要：隨著嵌入式技術、網(wǎng)絡及信息技術的發(fā)展，針對人們對智能家居的追求，提出了一種基于ARM9的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的解決方案。介紹了嵌入式Linux系統(tǒng)的軟硬件平臺，結合實例闡述了嵌入式QT圖形界面系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite等關鍵技術在嵌入式智能家居控制系統(tǒng)中的應用。該方案解決了控制系統(tǒng)的可視化操作問題，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理效率，并具有通用性可移植到其他硬件或軟件平臺應用。
關鍵詞：智能家居；ARM9；嵌入式Linux；Qtopia；SQLite

    嵌入式系統(tǒng)以其占用資源少、專用性強、功耗低的特點使其廣泛應用在移動通信、工業(yè)生產(chǎn)、安全監(jiān)控等領域。針對人們對高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境的要求，提出了以Arm-Linux為平臺的智能家居控制系統(tǒng)的設計。

1 智能家居控制器的總體設計
    Arm-Linux嵌入式系統(tǒng)以其在性能、體積及功耗等方面的優(yōu)勢在智能家居領域得到越來越廣泛的應用。系統(tǒng)采用基于ARM的嵌入式linux方案，系統(tǒng)分為五層分別為硬件層，系統(tǒng)引導層，系統(tǒng)層，應用支撐層及應用層。如圖1所示應用層在Qtopia圖形系統(tǒng)、SQLite數(shù)據(jù)庫等的支撐下完成了電話報警、照明控制、安防控制、門禁控制以及網(wǎng)絡瀏覽等應用。

2 系統(tǒng)硬件的設計
    CPU處理器選用Samsung S3C2440A，其主頻為400 MHz，資源豐富功能強大。內存為64M SDRAM，數(shù)據(jù)總線32bit，時鐘頻率高達100MHz。存儲器為128 M掉電非易失NANDFLASH。LCD顯示部分為具有4線電阻式觸摸屏接口的35英寸真彩色液晶屏。網(wǎng)卡芯片為DM9000可自適應10／100 M網(wǎng)絡，通過RJ45連接頭可連接控制器至路由器或者交換機。智能家居控制模塊通過RS485總線與主控制器進行通信。其硬件結構圖如圖2所示。

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3 軟件平臺的構建
    開發(fā)環(huán)境選取的是虛擬機Vmware6．5+fedora9Linux系統(tǒng)+arm-linux-gcc 4．3．2編譯器。系統(tǒng)與軟件的編譯采取交叉編譯的方式進行。表1是構建控制系統(tǒng)所需移植開發(fā)的一些主要軟件。

    Uboot是專門針對嵌入式Linux系統(tǒng)設計的開源bootloader，其任務是初始化處理器及外設硬件資源并引導操作系統(tǒng)。內核為linux2.6.3 2，這版提供了更多的驅動程序以及API，調用起來更加的方便。在內核中要添加對幀緩存frambuffer的支持，圖形系統(tǒng)需要它的支持。文件系統(tǒng)使用Yaffs2，以配合2 K每頁的大頁存儲器。根文件系統(tǒng)選用Busvbox1．13．3，配置編譯完之后會生成bin和sbin目錄以及l(fā)inuxrc文件，從而系統(tǒng)就具備了系統(tǒng)以及文件管理的相關命令。移植Boa服務器實現(xiàn)了嵌入式服務器的功能。
    SOLite是面向嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，編譯完成后非常小只有幾百k，支持2T的數(shù)據(jù)記錄。在嵌入式系統(tǒng)中可以有力的減小應用程序管理數(shù)據(jù)的開銷。下列語句配置編譯器與編譯路徑并進行安裝。在安裝目錄下生成bin、include及l(fā)ib 3個文件夾，分別為可執(zhí)行文件、頭文件與庫文件。
   

    Qtopia是專門針對嵌入式linux系統(tǒng)消費電子設備所研發(fā)的一套應用程序包和開發(fā)庫。圖3為qtopia的軟件層次結構圖。Qtopia的信號與插槽機制提供了對象間的通信機制。窗口在事件發(fā)生后會激發(fā)信號，程序員通過建立一個函數(shù)(稱作插槽)，然后調用connect()函數(shù)把這個插槽和一個信號連接起來，這樣就完成了一個事件和響應代碼的連接?？梢砸粋€信號對應多個插槽函數(shù)，也可以一個槽函數(shù)對應多個信號。

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4 應用程序的設計
    通過一個應用程序為例說明如何把QT圖形系統(tǒng)，嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite，linux下的串口通信程序結合到一起完成應用程序的設計。通過下列語句在C與C++程序中調用SQLite的API完成數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、插入數(shù)據(jù)與查詢數(shù)據(jù)。
   
    在系統(tǒng)中還需要在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存儲很多其他信息，遵循上述步驟分別建立相應的數(shù)據(jù)表存儲報警電話號碼tel，工作狀態(tài)設定set，設備工作信息zt，報警信息bj等。圖形界面、SQLite及串口通信程序的開發(fā)的基本過程如圖4所示。

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    首先用Qt Desinger根據(jù)系統(tǒng)要求設計圖形界面，建立槽函數(shù)開槽并且通過語句connect(PushButtonl，SIGNAL(clicked())，this，SLOT(set_userandphone()))；建立信號與槽函數(shù)的連接。槽函數(shù)需要根據(jù)設計的功能需要編寫。用UIC與MOC工具生成文件user．h、user．cpp及完成信號與插槽功能的moc_user．cpp程序，由PROGEN與TMAKE生成工程文件user．pro與Makefile。user．cpp中有SQLite數(shù)據(jù)庫代碼，要把庫路徑加到Makefile庫文件的搜索路徑中否則會因為找不到SQLite的庫文件而編譯失敗。
   
   
    要實現(xiàn)用戶的用戶名、密碼等信息存到前面創(chuàng)建的user．db數(shù)據(jù)庫中，要把創(chuàng)建表與插入數(shù)據(jù)的代碼放到槽函數(shù)下。點擊set按鈕后就會產(chǎn)生一個信號來觸發(fā)槽函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與數(shù)據(jù)的存儲。實現(xiàn)串口通信的功能把設置的信息傳遞給智能家居的各個控制模塊，需通過設置struct termios結構體的各成員值實現(xiàn)波特率、校驗位、停止位等設置，完成之后對串口的操作就可以像普通文件一樣進行讀寫操作。串口通信程序代碼也放到槽函數(shù)下邊
   
   
    完成X86環(huán)境下的編譯之后需要修改Makefile文件把PC環(huán)境編譯器gcc和g++修改為嵌入式環(huán)境下的arm-linux-gcc和arm-linux-g++，編譯完成下載到文件系統(tǒng)的相應目錄下并運行測試，系統(tǒng)的其他應用程序如系統(tǒng)工作模式設定、狀態(tài)查詢等也遵循同樣的開發(fā)流程。
    圖5為第一個為系統(tǒng)的總體界面，里面包含12應用程序的圖標。第二幅為示例應用程序的界面，在輸入相應的信息后點擊set按鈕，用戶名密碼以及報警電話分別保存到了namekey與tel表中并發(fā)送給電話報警模塊。達到了設定用戶信息的設計目標。

5 結束語
    本文利用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite實現(xiàn)了對智能家居控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理，在管理效率上有了很大提高，節(jié)省了系統(tǒng)資源開銷。應用Qtopia圖形系統(tǒng)實現(xiàn)了操作界面的可視化界面更加友好，操作更加簡單明了。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，很好的滿足了設計要求。