题目名称：基于ARM的无线智能家居控制设计
1.课题背景
（1）课题来源
 随着技术的继续发展和生物识别技术的实用性普及，智能化家居的概念才真正体现了其本意，在好莱坞科幻大片中看到的那种高度智能化的家居系统正在走进我们的生活。智能家居在我国经历了近7年的起步阶段，发展速度缓慢，这主要是因为没有投入大量的资金，开发技术短期内也不成熟。但是随着建筑智能化行业协会的成立及技术水平的不断提高，产品在市场上已逐步推广。前期主要集中在一些分散的智能家居控制子系统的研究上，如三表抄送系统、门禁系统、可视对讲系统等。随着集成技术、通信技术、互操作能力和布线标准的发展而不断改进，实现它们之间信息共享，使得系统安装方便、使用灵活。
（2）开发的目的和意义
    未来几十年的蓬勃发展，将使智能化家具系统的应用越来越广泛。对于智能化家具的研究，将在理论上推动智能化技术在家具领域的纵深发展，并为各类智能化家具新产品的设计与开发提供一定理论依据，产生一定的经济效益和社会效益，大大丰富并充实了家具系统理论随着众多智能化家具产品的相继成功问世，智能化家具理论的诞生，为家具领域又添生机。在传统的家具设计制造理论的基础上，引入了现代高新技术和先进制造技术，开展家具智能化的研究，不仅丰富家具设计领域的理论，对学科知识的增进、补充和完善也有积极的作用，为今后智能化家具领域的发展奠定一定基础。从企业战略角度考虑，企业为提高竞争力，可以降低成本，提高质量，加快发展速度。随着市场竞争越來越激烈，谁能出奇制胜谁就能取得较大的效益。企业的兴旺发达，依靠创新，从技术创新角度开发智能化家具产品，提高产品科技含量，是企业出奇制胜占据主动的秘诀。
    总之，智能化家具的研究可以提高产品科技含量，增加产品附加值，促进企业可持续性发展，增强企业竞争力。对家具设计人员或企业能有一点启发或借鉴之处。
（3）国内外研究的现状
    智能家具的发展分为三个阶段：首先是家庭电子化阶段，其次是住宅自动化阶段，最后是家居智能化阶段。在智能家居研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身于智能家居的研发中。例如：微软公司开发的“梦幻之家”；摩托罗拉公司开发的“居所之门”，IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家具市场。此为，日韩新等过的龙头企业等纷纷致力于家居智能化的开发，对家庭市场更是跃跃欲试。我国的智能家居起步较晚，开始于20世纪90年代后期随着信息化走进千家万户，有国家经委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息技术体系研究及产品开发已经被列为国家技术创新的重点专项计划。目前我国主要采用一些国外的技术产品
（1）e家庭，该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。海尔在技术上与微软合作，利用微软的操作系统和海尔的网络家电，是e家庭已具雏形，已推出了网络洗衣机，网络冰箱，网络空调，网络微波炉等一系列网络家电
（2）e-home数字家园，该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软硬件技术，提供网络及网络节点及末端设备。产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。
    信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取家庭设备的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，家庭设备可以快速隔离故障，实现自我恢复。智能家居也可以实现远程控制，这样我们在办公室就可以把家里的空调，冰箱，电暖甚至是洗澡的热水等打开，以便我们可以回家后尽快达到我们预想的成果。这当然也可以节约能源，改善生活质量等等。
2.开发设计的基本内容及预期设计效果
（1）基本内容
    智能家居的基本内容包括家庭综合布线、家庭背景音乐、数字娱乐客厅、家庭音视频共享、灯光电器智能控制、电动窗帘、家庭安防系统、指纹密码锁、图像监控、可视对讲、家庭中央新风系统等。本课题选取4个部分分别为：灯光控制，家电控制，窗帘控制，温度采集等。
（2）预期设计的效果
     LCD触摸屏实现本地进程控制，ZigBee 无线技术将被控终端组建成一个内部无线局域网。基于ARM家庭内部控制中心（家庭网关）接受来自远程本地LCD触摸屏的控制指令，协调处理这些控制指令，来控制底层的家用设备。底层构建的基于ZigBee技术的无线局域网覆盖灯光控制、窗帘控制、温度参数的采集、常用家电的控制。最终实现通过LCD触摸屏控制中心能实时协调控制基于ZigBee 技术无线传感网络所覆盖的常用家庭设备和采集环境参数。
3.开发设计方案
(1)设计思想
     本系统是采用ZigBee无线技术组建的内部局域网络。ZigBee 定义了两种物理设备类型全功能设备FFD (Full Function Device)和精简功能设备 RFD (Reduced Function Device)。FFD 支持任何拓扑结构，可以充当网络协调器 (Network Coordinator )，能和任何设备通信。RFD 通常只用于星型网络拓扑结构中，不能完成网络协调器功能，且只能与FFD通信，两个RFD之间不能通信。但它们的内部电路比FFD少，因此实现相对简单，也更节能。ZigBee网络支持3种功能设备：网络协调器(Network Coordinator )、网络节点(Network Node)及IEEE 节点(IEEE Node)。 前两种都是FFD，可以与任何节点通信。IEEE 节点是RFD。 设置一个ZigBee节点为网络协调器，其他每个节点可以当做路由节点来使用。协调器的程序和路由器的程序是两种不同的程序，可以在IAR软件里面选择烧录到芯片内。
(2)设计方案  
总体设计方案
    智能家居控制系统的设计主要包括基于ARM处理器网关服务器设计、基于ZigBee 无线传感网络的组建、控制终端的设计，被控制终端节点的设计。系统的整体架构如图所示。
硬件设计
    系统控制中心（ARM 处理器）采用Samsung S3C6410 处理器，采用外接 DM9000以太网卡与 USB WIFI 模块来接入以太网与WIFI网络，通过串口控制 ZigBee 协调器，同时配置了触摸屏支持本地触摸界面操作。被控终端子节点主要由 ZigBee 子节点模块、MCU控制单元与被控终端（灯光、窗帘、家电）组成。单片机作为控制单元通过串口接受来自 ZigBee 子节点的控制指令并产生了相应的控制指令控制被控 终端。           ZigBee 模块的微控制器是采用TI 公司的CC2530，该芯片与控制单元通过串口通信。 LED 调光驱动芯片采用的是 PT4115，它是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，通过DIM引脚输入占空比可调PWM，便能输出大小可调的横流 LED 驱动电流，最大输出电流可达1A，最大能够驱动25～30W的LED。窗帘控制是采用步进电机，家电控制是采用红外方式，温度采集是采用ZigBee 内部集成的温度传感器。
软件部分
被控终端主要由 ZigBee 子节点模块、MCU控制单元与被控终端组成。控制终端发送控制指令经过服务器通过 Zigbee 协调器转发给相应的Zigbee 子节点。 Zigbee 子节点通过串口写相应的指令给Atmega16 单片机，单片机分别实现特定的功能（控制灯光、家电、窗帘）控制终端单片机的工作流程图。
（3）开发工具介绍
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
瑞典著名软件开发商IAR Systems公司2014年推出了最新版本IAR Embedded Workbench For ARM V7.1 (简称IAR EWARM V7.1），它是一种增强型一体化开发平台，其中完全集成了开发嵌入式系统所需要的文件编辑、项目管理、编译、链接和调试工具。IAR公司独具特色的CSPY调试器，不仅可以在系统开发初期进行无目标硬件的纯软件仿真，也可以结合JLink/JTrace硬件仿真器，对用户系统进行实时在线仿真调试。
4.设计进度安排
1.  3月14日至3月18日（1周）熟悉任务书，明确设计任务；搜集设计资料；阅读相关资料。
2. 3月21日至3月25日（1周）结合设计任务的具体要求，进行初步设计，并对方案进行论证。
3. 3月28日至4月8日（3周）研究和掌握用于基于ARM的无线智能家居控制的原理方案，准确画出原理图。
4.  4月11日至4月22日（2周）熟悉开发平台软件，并设计出各模块的软件程序流程图，编写程序。
5. 4月25日至5月6日（1周）组装基于ARM的无线家居智能控制设备。调试进行系统检查及故障排除。
6. 5月9日至5月13日（1周）对所设计中设计的内容进行总结概括，并撰写初稿。
7. 5月16日至5月20日（1周）修改论文初稿，完成并提交毕业设计论文。
8．5月23日至5月27日（2周）将毕业设计论文及设计中资料整理完整，准备答辩。
5.参考文献
[1]李倩倩．单身酒店式公寓的厨房用品设计研究[D]．南昌：南昌 大学,2009．
[2]刘淼．嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发[M]．北京：北京航空航天大学出版社, 2006．
[3]祝紫琴．智能家居家庭网关平台的研究与设计[D]．杭州：浙江工业大学,2012．
[4]南忠良,孙国新．基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J]．电子设计工程,2012．
[5]闵丽娟,卢捍华,陈玲，等．智能家居的系统结构及相关无线通信技术研究[J].计算机技术与发展，2011.
[6]纪晴,段培永,李连防,等．基于Zigbee无线传感器网络的智能家居系统[J]．计算机工程与设计,2008.
[7]康萍,袁红超．智能家居系统接入Internet的实现方法[J]．计算机应用研究,2006.
[8]孟祥敏,侯德文．基于Zigbee技术的智能家居系统的研究[J]．信息技术与信息化,2009.
[9]杨光利,张聚,杨光芒．基于 ARM 的智能网管模块设计[J]．浙江工业大学学报,2010.
[10]Drew Gislason .Zigbee Wireless Networking[M]．Newnes ,2008．
[11]Texas Instruments．CC2530manul[S]．2009．
[12]L.A.Bertsch.Development Tools for Home Automation[J].IEEE Transactions on Consumer Electronics . 1990.