“智能家居”项目报告书

'★★★―――四川师范大学2008年嵌入式实训―――★★★项目名称：《嵌入式智能家居》开发团队：鄢三泰、张蓉、张华、田永琪、杨华单位：深圳亿道电子公司时间：2008年9月★★★―――亿道电子公司―――★★★ ★★★―――四川师范大学2008年嵌入式实训―――★★★目录前言4项目背景介绍4项目可行性分析5项目进度计划6关键词7软件需求说明7项目概述7产品描述8产品功能8用户特点9需求规定9功能需求9性能需求10概要设计说明11总体设计11运行环境：11基本设计概念和处理流程11系统特色12结构13功能需求与程序的关系13智能家居系统信息采集反馈与控制信息执行的功能14控制信息接收执行功能14信息采集与反馈功能15接口设计15用户设计15外部接口16内部接口16出错信息16补救措施16详细设计说明17程序系统的结构17家庭安防系统设计说明17★★★―――亿道电子公司―――★★★ ★★★―――四川师范大学2008年嵌入式实训―――★★★功能与程序的关系17软件各个功能实现流程18单片机节点系统实现流程及实现代码18中断接收控制执行信息控制执行流程及代码实现19信息发送流程及代码实现21硬件设计23电路原理图23PCB电路图23功能测试24测试过程24测试结果和分析25单片机节点系统测试25信息采集发送测试25中断接收控制执行信息控制执行测试26功能的测试结论26缺陷和限制26用户手册27用途27功能27性能27时间特性27运行环境27使用过程27模拟系统图片展示28★★★―――亿道电子公司―――★★★ 前言家居智能化是以住宅、公共娱乐场所为平台、兼备建筑、网络通信、设备自动化、信息家电，集系统、结构、服务、管理为一体，实现高效、舒适、安全、便利、环保、节能的居住、娱乐的自动化系统。项目背景介绍21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、ＤＶＤ录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和１１０可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。目前国内智能家居市场属于导入期，中国人口众多，城市住宅也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化，市场上较为成熟的国产智能住宅设备大致可分为安防报警系统、三表抄送系统、可视对讲系统等单一功能产品。在国内正在进行小康住宅示范小区的建设中，由于通讯和产业的迅速发展，我们可以预测，将来的小康住宅不仅会成为建筑材料业、房地产业新的经济增长点，还有可能给竞争激烈的IT待业开辟一个新战场。我国的智能建筑日益繁荣，以每年15-30%的速度快速发展，前景极为广阔；智能家居销售是一个难得机遇，中国企业面临的挑战与机遇将进一步加大。到2010年全国大中城市中60%的住宅要实现智能化，由此可见中国智能家居市场潜力巨大。据2006年的《全球财富报告》-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 报告显示：中国（大陆地区）富裕人士人数在2005年增加了6.8%，达到32万人。中国富裕人士人均财富高达500万美元,另外一组鲜明的数字是中国富翁的年龄77%介于30~55岁,中国富裕人士70%是企业家，并且大部分是在二十年左右的时间内白手起家的，这些人的年龄也多在45岁左右，富裕人士大部分集中在北京、上海、广州这三座城市，北京每年别墅和公寓销售量在8000套左右，并且逐年递增，这些数字说明目前的智能家居市场潜力非常大，目标市场人群对智能家居现实和潜在的需求巨大表现在以下几点：（1）奢华舒适的享乐需求（2）方便性需求（3）风格、情调的时尚需求（4）娱乐性需求（5）体现主人品位和文化内涵需求（6）体现主人身份和地位的象征需求（7）设计个性化，以满足炫耀心理（8）实用性需求而在智能家居的四类主要配置类型：基本型、实用性、豪华型以及超豪华型中，我们所研究并开发的此系统主要为豪华型智能家居。其主要包含的主要子系统为：智能家庭安防系统、智能灯光系统、智能家庭影院、家居控制功能、家庭网络医疗监控以及远程监控。项目可行性分析家庭户均年收入5.6万元以上，人口约4460万人，1400多万户，占城市人口的10％，总人口的3.5％，占全社会消费购买力总和5万亿元的17％左右；因此针对这部分人的家庭报警系统其市场总量为1400万套，总市场容量为280亿元；2002年市场总量达到接近14亿元的水平，总销售数量为70万套；每年的增长幅度都在30%以上，故此方案可行。项目进度计划项目开发成本、开发周期系统设计2个月-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 硬件开发1个月软件开发2个月各功能木块硬件测试20天系统整体测试10天主要元器件清单及成本核算（芯片器件等）防盗门磁门窗报警880元门厅非法进入报警1180元紧急手动报警240元可燃气体防漏报警2200元对讲门禁350元灯光明暗调节控制器800元电动窗帘980元水电气自动管理2000元空气清新1280元医疗数据采集4800元人员投入成本核算（人数，职责分工，薪资水平）人力资源分配开发人数开发周期开发薪资水平总计备注系统设计师12个月10000/月2万——-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 硬件工程师21个月6000元/月1.2万——软件工程师12个月6000元/月1.2万——系统测试员21个月2000元/月0.4万——总计4.8万元开发总成本：硬件成本+开发成本+其他（参考资料、日常开销）=1.5万+4.8万+1.8万=8.1万关键词智能家居、自动化系统、嵌入式技术软件需求说明项目概述数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、ＤＶＤ录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和１１０可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。我们所研究并开发的此系统主要为豪华型智能家居。其主要包含的主要子系统为：智能家庭安防系统、智能灯光系统、智能家庭影院、家居控制功能、家庭网络医疗监控以及远程监控。产品描述-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 产品功能l安全监控：包括各种报警探测器的讯息采集，开关门报警等如门磁、紧急按钮、红外探测、煤气探测、火警探测等，并完成与住宅小区物业管理和110报警的联网。l收费控制：具有功能完善的三表（水、电、煤气）远程传送收费系统。l家电控制：利用计算机、移动电话、PDA通过高速宽带接入Internet，并对灯具、窗帘、空调、冰箱、电视、洗衣机等家用电器进行远程控制、定时控制。l家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系、视频会议等。l家庭医疗保健和监护：利用Internet，实现家庭的远程医疗和监护。l背景音乐：在居室的任何一间房里，包括厨房、卫生间和阳台，均安装背景音乐线，通过多个音源，可以让每个房间都听到美妙的背景音乐。l讯息服务：通过Internet可在任何时间任何地点获得和交换讯息。用户特点通常，用户可以分为以下4种类型：-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ l外行型：从未用过计算机的用户。他们不熟悉计算机操作，对系统很少或毫无认识。l初学型：对计算机有一些经验，但对新系统不熟悉的用户。他们需要相当多的支持。l熟练型：对一个系统有相当多的经验，能够熟练操作的用户。他们需要比初学者较少支持的、可直接迅速进入运行的、经济的界面。但是，熟练型的用户不了解系统内部结构，因此，他们不能纠正意外错误，不能扩充系统能力，但他们擅长操作一个或多个任务。l专家型：这一类用户与熟练型用户相比，他们了解系统内部的构造，有关于系统工作机制的专业知识，具有维护和修改基本系统的能力。专家型要求为他们提供能够修改和扩充系统能力的复杂的界面。另外，在一个用户群体中，可能存在熟练型和初学者共存的情况。而且各人的情况也会随时间发生变化，初学者可以成为熟练型用户，而专家型用户可能会因几个月不使用系统，忘掉原来的知识，退化成初学型。因此，我们要做用户大量的特性度量，有助于设计者选择适合于大多数用户使用的界面类型和支持级别。需求规定功能需求l舒适丰富的生活环境；l身心健康、个性化；l安全有效的防御体系；l防火、盗、抢、毒、漏；l方便灵活的生活方式；l单一监控、远程监控、医疗；l高效可靠的工作模式；l资料收集、整理、分析、决策、保存、信息交流。-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 性能需求家庭安防系统防盗门磁门窗报警感应门窗的开合、发无线信号给主机门厅非法进入报警通过分别设置在通道入口（第一探测器），该通道中部（读卡器），以及通道的出口（第二探测器）的装置，对非法进入行为实现自动报警或自动拦截功能。紧急手动报警实现手动报警，将信号传到家居智能中心可燃气体防漏报警当室内煤气、天然气、液化石油气等可燃气体发生泄露，并达到相当浓度(一般在在爆炸极限的1/4以下)时立即将信号传入家居智能中心，并通知屋主及物业等相关部门。对讲门禁供应黑白可视对讲、彩色可视对讲系统智能灯光系统灯光明暗调节控制功能可根据外界环境光线的明暗，对照明设备进行控制，并且配合光电隔离输入控制模块，实现对场景（全开、全关等）、灯光、窗帘、空调等的控制；同时设定延时功能，防止光线瞬间变化的干扰定时控制功能家居控制系统电动窗帘和电动窗帘主机相连，来控制电动窗帘主机的正反转。接受智能家居系统，能够系统全面完成窗帘电机的开关功能-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 空气清新气味传感器水电气自动管理数据采集、传感器网络、无线抄表方面的应用家庭网络医疗监控系统数据采集采集医疗数据、通过网络传输到定点医疗单位进行检验。概要设计说明主要分为两大网络：控制网：主要实现对白色家电和设备的控制、调节和监测。如：微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警、医疗紧急报警、自动门、烟雾报警、温度控制和调节、风量控制与调节、各种受动的开关控制及有害气体的监测等。信息网：主要为黑色家电和设备沟通信息通道和必要的管理。如：电视机、录/摄像机、计算机、VCD/DVD、数码相机等。总体设计运行环境：嵌入式Linux操作系统：嵌入式WinCE操作系统：EVC、EVB、VS.net。基本设计概念和处理流程智能家居安全监控系统由深圳亿道电子公司研制的Liod开发平台、系统扩展板、GSM模块、USB摄像头、无线网络等接口设备组成。Liod平台—系统核心平台，主要完成视频数据采集、无线视频数据传输、对GSM收发的短消息进行解析和处理、以及对系统扩展板进行控制；扩展板电路—传感器报警数据的采集、家用电器开关的控制、于Liod平台的数据通信-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ GSM模块—短消息的收发；USB摄像头—视频数据的采集；无线网络—所有监视信息通过无线网络系统传输到小区的服务器。系统特色l系统性：系统融入家电远程控制；GSM和无线网络通信；视频监控，传感器报警监测，是一个适用于多种环境的集成系统。l兼容性：用户终端设计—手机、PDA；监测方式—多种不同类型的传感器接入。l实时性：视频数据实时性；报警信息实时性；数据保存实时性。l远距离：GSM或GPRS网络通信，只要在有网络覆盖到的地方，用户手持设备就能连接监测端。无线网络接入实现覆盖整个社区。-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 结构功能需求与程序的关系打开系统，在传感器上有任何信息通过单片机节点自动采集和反馈到中心控制系统，通过中心控制系统可以对信息进行综合处理，然后发出控制执行信息-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 到单片机系统，单片机节点接收并分析控制执行信息，直接控制各个终端；智能家居系统信息采集反馈与控制信息执行的功能控制信息接收执行功能控制信息接收执行时序图-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 信息采集与反馈功能中断处理时序图接口设计用户设计用户可以通过各个物理器件上的操作启动或者关闭安全以及其他的监控系统，可以通过手机短信的方式与系统进行通信控制，系统在小区管理中心可以通过电脑来显示控制整个系统。-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 外部接口此系统有单片机节点与嵌入式的系统之间的通信接口，手机短信通过GSM模块与计算机或者嵌入式的中心控制系统的通信，有单片机节点与物理器件以及家用电器之间的直接控制接口。内部接口有单片机节点与嵌入式系统的中心控制系统的通信接口，以及嵌入式的中心控制系统与小区物管之间的通信，单片机节点之间的通信接口。出错信息系统出现运行不正常，或者出现不正常的情况。补救措施在每个单片机节点上设计有手动的复位重启，可以让单片机系统重新运行固化在内部的程序。-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 详细设计说明程序系统的结构重置家庭安防系统设计说明发送红外报警数据#$#1发送烟雾报警数据#$#2发送煤气报警数据#$#3煤气传感器有警报吗？延时300usSendMsg烟雾传感器有警报吗？红外传感器有警报吗？数据接收serial（）interrupt4初始化串口功能与程序的关系voidmain()主函数serial()interrupt4中断处理信息接收voidSendMsg()串口发送信息voidInit()初始化串口delay(uintt)延时RecFlag记录标志√√tm/SBUF接收SBUF中的数据*√√nCount设置接收字符计数√RI接收中断标志√TI发送中断标志√ES串口中断允许控制√√EA全部中断允许√√-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 软件各个功能实现流程单片机节点系统实现流程及实现代码单片机节点系统流程图实现程序代码：voidmain(){Init();/*初始化串口*/EA=1;/*开总中断*/TR1=1;RecFlag=0;while(1){SendMsg();/*发送传感器信号*/delay(300);//延时300us}}-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 中断接收控制执行信息控制执行流程及代码实现控制信息控制执行流程图实现程序代码：serial()interrupt4{ES=0;/*关串口接收中断*/if(RI==1){RI=0;//清除中断标志位tm=SBUF;/*判断是否收到GPRMC格式语句的第一个字符"%"，其数值为0x25，收到后开始记录数据，并设置记录标志RecFlag。*/if(tm==0x25){RecFlag=1;nCount=0;}else{if(RecFlag==1){nCount++;switch(nCount)-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ {case1:{if(tm=="1"){P1_0=0;}elseif(tm=="0"){P1_0=1;}}break;case2:{if(tm=="1")P1_1=0;elseif(tm=="0")P1_1=1;}break;case3:{if(tm=="1")P1_2=0;elseif(tm=="0")P1_2=1;}break;case4:{if(tm=="1")P1_3=0;elseif(tm=="0")P1_3=1;}break;default:break;}}if(nCount>4){RecFlag=0;nCount=0;}}}ES=1;/*开串口接收中断*/}-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 信息发送流程及代码实现信息发送流程图程序代码实现：voidSendMsg(){EA=0;if(P2_0==0){/*发送语句：#$#1*/TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF=0x24;//发送"$"while(!TI);TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF="1";//发送"1"while(!TI);TI=0;}elseif(P2_1==0){/*发送语句：#$#2*/-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF=0x24;//发送"$"while(!TI);TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF="2";//发送"2"while(!TI);TI=0;}elseif(P2_2==0){/*发送语句：#$#3*/TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF=0x24;//发送"$"while(!TI);TI=0;SBUF=0x23;//发送"#"while(!TI);TI=0;SBUF="3";//发送"3"while(!TI);TI=0;}EA=1;}-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 硬件设计电路原理图PCB电路图-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 功能测试接收端测试过程发送端1：灯亮0：灯灭1：灯亮0：灯灭1：灯亮0：灯灭1：灯亮0：灯灭发送#$#2发送#$#3发送#$#1用3个按键模拟3个不同的传感器SendMsg()发0010主控机（单片机）串口调试助手-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 测试结果和分析单片机节点系统测试信息采集发送测试单独按下按键1，按键2，按键3（传感器报警信号模仿），可以发送报警信号到中心控制系统，按下一个按键后继续按其他键时也能够发送信号，运行的结果如下图：单独按键1运行结果图连续按下多键运行结果图-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 中断接收控制执行信息控制执行测试本模块通过单独发送%1001%0101%02012等控制命令，观察试验板上的灯亮灭的情况，运行结果如下：功能的测试结论结果显示采集信息并且反馈的功能完全符合我们设计系统的需求，运行正常，系统能够接收并且正确的处理系统发送的控制信息，并且能够对非法指令做放弃处理，例如：第三条指令上的‘2’以及后面多的那一位；整体表现为能够正常的运行，并且具备容忍一定的不规范操作能力。缺陷和限制在操作的时候，需要输入规范的操作才能够控制相应的模块，对操作人员的要求较高，并且需要一些提示信息。-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 用户手册用途功能智能家居系统单片机节点系统，采集传感器的报警信息，并且发送到中心处理系统上，第二个功能便是接收中心控制系统发送的一定格式规范的控制信息，并且根据控制信息做出相应的控制操作。性能能够接收和屏蔽一定的干扰和非法控制信息，对非发的控制信息可以作出正确的处理，在采集信号上面可以滤去干扰的信号。时间特性响应时间应在人的感觉和视觉事件范围内。运行环境硬件设备：嵌入式微处理器、外围硬件设备支持软件：嵌入式操作系统使用过程安装与初始化→输入→输出→问卷查询→出错处理和恢复→终端操作-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★ 模拟系统图片展示智能家居模拟系统安防系统报警装置监控系统安防系统报警装置安防系统报警装置-28-★★★―――亿道电子公司―――★★★'