年代末逐渐兴起,最早出现于东南沿海城市,如上海、广州和深圳等地,其它二三线城市也在逐步建立。在2001年深圳高交会上,海尔、海信、科龙、清华同方等一些国内企业推出智能家居概念产品。在2014美国国际电子消费展(CES)上,国内家电巨头纷纷推出自家新品,四川长虹、青岛海尔、创维、TCL等厂商的产品均在向智能家居紧贴。四川长虹展出了基于家庭互联网战略的智能电视、智能空调、智能冰箱,以及手机、小家电、厨卫等产品,实现智能化互联互通互控,形成一个整体家庭互联网生活解决方案[5]。海尔在CES展上亦推出成套智能家庭系统,其可通过红外线连接各种传统电器的Smart Center,用户可根据自己实际需要DIY智能家居系统[6]。
智能家居在发展过程中还存在不少问题,主要包括有线和无线的选择、操作系统选择方面、功耗方面。首先,传统的智能家居系统多需要各种综合布线,不但成本高,还影响美观,且可维护性差。其次,传统的智能家居系统在用户体验上很差,有些用户操作都是各厂家自己定义的QT界面,用户不熟悉,有些模式启动还得一个一个的设定,没有实现一键式的方便用户的操作,尤其对于老人和小孩不容易马上学会操作。最后,现代社会都是提倡节能环保,智能家居方面,还需重点考虑如何使得该系统节能环保的问题。
智能家居系统是为了让人们获得一个高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境,也奠定了智能家居系统在实际生活中的应用优势,使其成为一个有潜力、有意义的研究领域。
1.3智能家居发展趋势
随着物联网技术的发展,智能家居也将具有蓬勃的生机,未来的智能家居产品将有以下发展:
(1)无线通信
无线技术的应用,将有效克服传统智能家居复杂的布线难题,减少成本,缩短制造时间,便于对智能家居系统的升级。未来的智能家居系统将广泛应用无线通信技术。
(2)协议标准化、接口模块化
标准的协议以及接口模块化将有利于各个企业之间的技术交流,又能提高各种产品的兼容性。
(3)智能微型化
更加微型化、智能化也将是智能家居系统的发展方向。便携式的系统以及更加智能使得系统便于控制,将给用户带来更加方便快捷的体验。
(4)云计算、云服务
智能家居系统将更多地运用云计算、云服务等技术。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心,用户数据将更加安全,不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。而且它对用户端的设备要求最低,使用起来很方便。
(5)低碳环保化
随着可持续发展、低碳、环保等观念的深入人心,智能家居系统也将更多考虑低能量、低功耗的因素,设计资源节约型、环境友好型的智能家居系统将是未来的发展方向。
1.4论文主要研究内容及章节安排
本文针对智能家居国内发展现状,提出了基于市面上流行的高端处理器ARM CORTEX-A8内核的OMAP3530和Android平台的智能家居系统设计方案。该系统由Android用户控制模块、智能网关模块以及zigbee节点控制模块组成。本系统采用ARM搭建嵌入式网关平台、并带有良好用户操作界面,同时采用 zigbee技术组建家庭无线网络,用户可以远程与家居设备交互。
本文研究内容如下:
第一章:绪论。概述智能家居的发展,揭示本课题的研究意义,了解智能家居在国内外的研究现状以及未来的发展趋势。
第二章:相关基础知识。详细介绍Android、zigbee及ZStack协议栈等知识,对CC2530芯片做详尽介绍。
第三章:系统硬件设计。介绍系统的硬件组成,Cortex-A8处理器的特点以及传感器节点。
第四章:系统软件设计。详细介绍系统软件部分,对智能网关程序设计、Android 用户控制程序设计以及Zigbee节点控制程序设计三部分的原理,程序等做详细介绍。
第五章:总结与展望
第二章 相关基础知识
2.1 Android操作系统
2.1.1Android的由来
Android是基于Linux内核的操作系统,是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统。早期由原名为"Android"的公司开发,谷歌在2005年收购"Android.Inc"后,继续进行对Android系统开发运营,它采用了软件堆层(software stack,又名软件叠层)的架构,主要分为三部分。底层Linux内核只提供基本功能,其他的应用软件则由各公司自行开发,部分程序以Java编写。2011年初数据显示,仅正式上市两年的操作系统Android已经超越称霸十年的塞班系统,使之跃居全球最受欢迎的智能手机平台。现在,Android系统不但应用于智能手机,也在平板电脑市场急速扩张。采用Android系统主要厂商包括台湾的HTC,(第一台谷歌的手机G1由HTC生产代工)美国摩托罗拉、SE等,另外还有中国大陆厂商如:华为、中兴、联想等 [7] 。
2.1.2 Android的系统架构
(1) 应用程序
Android以Java为编程语言,从接口到功能,都有层出不穷的变化,其中Activity等同于J2ME的MID let,一个Activity 类(class)负责创建视窗(window),一个活动中的Activity就是在 foreground(前景)模式,背景运行的程序叫做Service。两者之间通过由Service Connection和AIDL连结,达到复数程序同时运行的效果。如果运行中的Activity 全部画面被其他Activity 取代时,该 Activity 便被停止(stopped),甚至被系统清除(kill)。View等同于J2ME的Displayable,程序人员可以通过View 类与"XML layout"将UI放置在视窗上,Android 1.5的版本可以利用View 打造出所谓的 Widgets,其实Widget只是View的一种,所以可以使用XML来设计layout,HTC的Android Hero手机即含有大量的widget。至于View Group是各种layout 的基础抽象类(abstract class),View Group之内还可以有View Group。View的构造函数不需要再Activity中调用,但是Displayable的是必须的,在Activity中,要通过find View By Id()来从XML中取得View,Android的View类的显示很大程度上是从XML中读取的。View与事件(event)息息相关,两者之间通过Listener 结合在一起,每一个View都可以注册一个event listener,例如:当View要处理用户触碰(touch)的事件时,就要向Android框架注册View. On Click Listener。
(2)中介软件
操作系统与应用程序的沟通桥梁,应用分为两层:函数层(Library)和虚拟机(Virtual Machine)。Bionic是Android改良libc的版本。Android 同时包含了Webkit,所谓的Webkit 就是Apple Safari 浏览器背后的引擎。Surface flinger 是就2D或3D的内容显示到屏幕上。Android使用工具链(Toolchain)为Google自制的Bionic Libc。
Android采用Open CORE作为基础多媒体框架。OpenCORE可分7大块:PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。
Android使用skia为核心图形引擎,搭配OpenGL/ES。skia与Linux Cairo功能相当,但相较于Linux Cairo,skia功能还只是雏形的。2005年Skia公司被Google收购,2007年初,Skia GL源码被公开,目前Skia也是Google Chrome 的图形引擎。
Android的多媒体数据库采用SQLite数据库系统。数据库又分为共用数据库及私用数据库。用户可通过ContentResolver类(Column)取得共用数据库。
Android的中间层多以Java实现,并且采用特殊的Dalvik虚拟机(Dalvik Virtual Machine)。Dalvik虚拟机是一种"暂存器型态"(Register Based)的Java虚拟机,变量皆存放于暂存器中,虚拟机的指令相对减少。Dalvik虚拟机可以有多个实例(instance), 每个Android应用程序都用一个自属的
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