ARM ve Android'e Dayalı Akıllı Ev Kontrol Sisteminin Tasarımı
Xu Hongyu, Cheng Wu, Zhang Bo
(Elektronik Bilgi Mühendisliği Okulu, Shenyang Havacılık ve Uzay Üniversitesi, Shenyang 110136, Liaoning)
: Kablolu ağ, hantal kablolama, sistemdeki PC kontrolü gerektiren ev aletleri ve zayıf mobilite kullanan geleneksel akıllı ev kontrol sisteminin sorunlarını hedef alan ARM gömülü işlemci ve Android teknolojisine dayalı akıllı bir ev kontrol sistemi önerildi. Tasarım şeması. Program, bir ev sensörü ağı ve bir ev aletleri kontrol ağı kurmak için ilk olarak ZigBee kablosuz teknolojisini kullanıyor. Ardından, donanım platformu olarak S3C2440 işlemci kullanılır ve ev ağ geçidini tasarlamak için gömülü bir Linux işletim sistemi ile donatılmıştır. Son olarak Android sistemine dayalı bir APP (uygulama yazılımı) yazılmıştır.Bu APP'yi Android sistemli bir akıllı telefona kurduktan sonra, iç mekan sağlık durumunu elde edebilir ve 3G / 4G / WiFi ağı üzerinden ev aletlerini uzaktan kontrol edebilirsiniz. Deneysel sonuçlar, sistemin basit kablolamaya ve iyi mobiliteye sahip olduğunu ve akıllı ev sisteminin yerel ve uzaktan kablosuz kontrolünü daha iyi gerçekleştirebileceğini göstermektedir.
: Akıllı ev; ARM; uzaktan kumanda; Android; ZigBee; gömülü işlemci; Linux
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TP311 Belge Tanımlama Kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.03.009
Alıntı formatı: Xu Hongyu, Cheng Wu, Zhang Bo. ARM ve Android J tabanlı akıllı ev kontrol sistemi tasarımı. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017, 36 (3): 29-32.
0 Önsöz
İnsanlar yüksek kaliteli yaşamı keşfetmeye devam ederken, yaşam ortamının gereksinimleri de güvenlik, konfor, zeka ve otomasyon yönünde gelişiyor. Akıllı ev, günümüz sosyal araştırmalarında sıcak bir konu haline geldi. Düşük maliyetli, mükemmel performansa ve iyi ölçeklenebilirliğe sahip bir sistem, araştırmacılar için acil bir sorundur.
Geleneksel akıllı ev kontrol sistemi genellikle kablolu [1] ile kurulur ve genellikle birçok kablonun yerleştirilmesini gerektiren bir PC tarafından kontrol edilir. Ekipmanın eklenmesi veya çıkarılması gerektiğinde, kablolamanın yeniden kablolanması gerekir, bu sadece odanın görünümünü etkilemekle kalmaz, aynı zamanda maliyeti de artırır; ev aletlerini PC üzerinden kontrol etmek, kullanıcının öğrenme maliyetini artırır ve taşınabilirlik de çok zayıftır.Hem yükseltme hem de bakım için oldukça elverişsizdir. Yukarıdaki gerçeklere dayanarak, bu makale, iç mekan sağlığını tespit etmek ve ev aletlerini kontrol etmek için kullanılan akıllı ev sisteminin sensör ağını ve ev aletleri kontrol ağını (bu iki ağ ev intranet olarak adlandırılır) oluşturmak için ZigBee teknolojisini birleştirir [2]; sonra ARM'yi kullanın. Gömülü işlemci, akıllı ev sisteminin ağ geçidi merkezini - ev ağ geçidini (genel ağa dışarıya ve ev intranetine bağlanan) kurmak için temeldir; son olarak, akıllı telefon için istemci yazılımı Android platformu ve kullanıcı temel alınarak geliştirilmiştir. Kablosuz ağ, uzaktan iç mekan durumu bilgilerini elde edebilir ve ev aletlerini kontrol edebilir.
1 Sistem işlevi ve genel yapı
1.1 Sistem işlevi
Kullanıcı, iç ortam sıcaklığı, nemi, ışık yoğunluğu ve duman yoğunluğunun gerçek zamanlı olarak alınmasını ve ışıklar, müzik çalarlar, erişim kontrolü ve perdeler gibi ev aletlerinin kontrolünü sağlamak için bir Android cep telefonu veya İnternet aracılığıyla ev ağ geçidine uzaktan bağlanır [3].
1.2 Sistemin genel yapısı
Bu belgede tasarlanan akıllı ev kontrol sistemi, ev intranet, ev ağ geçidi ve mobil istemci APP olmak üzere üç bölümden (Şekil 1'de gösterildiği gibi) oluşmaktadır. Ev intraneti, iç mekan koşullarını tespit etmek ve ev aletlerini kontrol etmek için kullanılan bir sensör ağı ve bir ev aletleri kontrol ağı içerir. Ev ağ geçidi, kullanıcının cep telefonundan gelen verileri ve komut isteklerini işlemek için genel ağa bağlanan tüm ev ağının çekirdeğidir. Sensör ağı ve ev aletleri kontrol ağından gelen verileri işlemek için dahili olarak ev ağına bağlanın; cep telefonu kullanıcıları, cep telefonu APP [4] aracılığıyla ev aletlerini uzaktan kontrol edebilir ve iç güvenlik koşullarını gerçek zamanlı olarak izleyebilir.
2 Sistem donanımı tasarımı
2.1 Ev ağ geçidinin tasarımı
Ev ağ geçidinin çekirdeği, TCP / IP protokolüne dayanan yerleşik bir Web sunucusudur. Bu makale, donanım platformu olarak Samsungun ARM9 işlemcisi S3C2440'ı kullanır (Şekil 2'de gösterildiği gibi). Çipin kendisi, bellek arayüzlerini ve iletişim arayüzlerini (SPI , RS232, I2C, vb.) Ve AD vb. Gibi zengin donanım kaynakları, çevresel aygıtlar ile işlemci arasındaki bağlantıyı büyük ölçüde basitleştirebilir ve sistemin kararlılığını ve güvenilirliğini artırabilir.
2.2 Ev intranet tasarımı
Şekil 3 ZigBee düğüm bağlantı blok şeması Akıllı ev kontrol sisteminin son halkası, iç ortam izleme, güvenlik izleme ve alarm ve ev aletlerinin uzaktan kumandasıdır. Bu nedenle, ev intranetinin tasarımı iki bölümden oluşur: sensör ağı ve ev aletleri kontrol ağı. Güç tüketimini, karmaşıklığı ve hızı kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurarak geleneksel kabloların zincirlerinden kurtulmak için sistem, sensör ağları ve ev aletleri kontrol ağları oluşturmak için ZigBee teknolojisini kullanıyor. ZigBee teknolojisi, IEEE802.15.4 standardına dayalı yakın menzilli, düşük güçlü, LAN protokolü kablosuz iletişim teknolojisidir. Kapalı ortamlar için çok uygun olan yakın mesafe, düşük karmaşıklık ve kendi kendini organize eden ağ oluşturma ile karakterizedir [5].
Piyasada ZigBee teknolojisine dayalı birçok çözüm var ve bunlar çok olgundur. Bu makalede seçilen ana kontrol modülünün çekirdek kısmı, Chipcon tarafından üretilen ve IEEE802.15.4 spesifikasyonunu karşılayan 2.4 GHz radyo frekansı çipi CC2430'dur. Bu yonga, ZigBee RF ön uç, bellek ve gelişmiş 51 çekirdeğe dayalı mikro denetleyiciyi entegre ediyor. Donanım, taşıyıcı algılama çoklu erişim / çakışma algılamayı (CSMA / CA) destekler ve 2 ila 3,6 V çalışma voltajı, sistemin düşük güç tüketimine elverişlidir. Bu ZigBee modülüne dayalı sensör düğümü ve ev aleti kontrol düğümü Şekil 3'te gösterilmektedir.
Her çocuk düğümü, ZigBee koordinatör düğümüne bağlanır, böylece sensör düğümü ve ev aleti kontrol düğümü, ev ağ geçidine ve ardından İnternet'e bağlanır.
3 sistem yazılım tasarımı
Sistem yazılım tasarımı üç bölümden oluşur: ev ağ geçidi yazılım tasarımı, akıllı terminal düğümü yazılım tasarımı ve akıllı telefon APP tasarımı. Ev ağ geçidi, kontrol çekirdeği olarak ARM9 işlemcisini temel alır.Yazılım tasarımı, gömülü Linux işletim sisteminin transplantasyonunu, Linux altında TCP / IP protokolü tabanlı Web sunucusu uygulama yazılım tasarımını ve ZigBee koordinatörü düğüm programlamasını içerir. Akıllı terminal düğümünün kontrolü genellikle MCU kullanır ve bunun uygulama yazılımı döngüsel bir kontrol programıdır. Akıllı telefon APP bölümü, Google'ın resmi geliştirme kitine (Android SDK) dayalı Android işletim sistemi platformu altında geliştirilmiştir.
3.1 gömülü Linux işletim sistemi nakli
Linux çekirdeğinin sürümü 4.4'e güncellenmiş olsa da, 2.6 çekirdek hala gömülü Linux alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu tasarım hala 2.6 çekirdek Linux işletim sistemini kullanıyor ve ardından bunu S3C2440 platformuna aktarıyor.
İlk olarak, çekirdek kaynak kodunu https://www.kernel.org/pub/linux/kernel adresinden indirin, ardından kaynak kodunu açın, çekirdek kaynak kodunun kök dizinini girin, Makefile dosyasını değiştirin, ilgili hedef platformu ve çapraz derleyiciyi ayarlayın ve ardından yapılandırın ve Çekirdeği derleyin, başarılı derlemeden sonra, zImage çekirdek görüntü dosyasını elde edeceksiniz. Son olarak, uboot'un komut satırı menüsü aracılığıyla görüntü dosyasını NAND Flash belleğe yükleyin.
3.2 TCP / IP protokolüne dayalı web sunucusu tasarımı
ARM + Linux geliştirme platformu altında, yaygın olarak kullanılan web sunucuları Httpd, Thttpd ve Boa'dır. Bunların arasında Boa sunucusu CGI'yi (Ortak Ağ Geçidi Arayüzü) destekler ve güçlü işlevlere sahiptir. Dinamik Web teknolojisini gerçekleştirmek için bu makale Boa tabanlı bir ev ağ geçidi sunucusu yazıyor. Önce sunucu tarafı Soketini kurun, ardından sunucunun IP adresini bağlayın ve sunucunun bir bağlantı noktasını izlemek için döngü yapın [6]. Bağlanmak için bir istemci talebi olduğunda, sunucu, talebi işlemek ve müşteri ile veri iletişimini tamamlamak için bir alt işlem başlatacaktır Spesifik yazılım tasarım süreci Şekil 4'te gösterilmektedir.
3.3 ZigBee koordinatör düğüm program tasarımı
Sistemde, ZigBee koordinatör düğümü temel olarak bir kablosuz ağ oluşturmak, ZigBee terminal düğümünün ağ adresini tahsis etmek ve ardından terminal düğümüne kontrol komutları göndermek ve terminal düğümünden çevresel bilgileri almak ve alınan tüm verileri ev ağ geçidine yüklemek için kullanılır. , Ve nihayet, genel Ethernet üzerinden kullanıcının cep telefonunun APP'sine aktarıldı. Koordinatör önce uygulama katmanını başlatacak, ardından bağlantı noktasını başlatacak ve global kesmeyi açacaktır. Daha sonra koordinatör bir kanalı başlatır ve bir ZigBee ağı kurar Bu sırada, ZigBee terminal düğümleri kimlik doğrulama ve veri alışverişi yoluyla ağa katılabilir Spesifik süreç Şekil 5'te gösterilmektedir.
3.4 Akıllı terminal düğümü programlama
Akıllı terminal düğümü, ZigBee terminali tarafından kontrol edilen düğümü ifade eder, sistemdeki esas olarak sensör düğümleri ve ev aletleri kontrol düğümleridir. ZigBee terminal düğümü başlatma, uygulama katmanı başlatma, G / Ç bağlantı noktası başlatma ve global kesintilerin açılmasını da içerir ve ardından ZigBee koordinatörü tarafından oluşturulan kablosuz ağa katılmaya çalışır.Özel dikkat gösterilmelidir: yalnızca ZigBee koordinatörü ile tutarlı parametrelere sahip terminal düğümleri Ağa katılmak için. Ağa başarıyla katıldıktan sonra, ZigBee terminal düğümü kayıt bilgisini ZigBee koordinatörüne gönderecek ve ardından ZigBee koordinatörü terminal düğümünün [7] kaydını tamamlayacaktır.
ZigBee terminal düğümü, her belirli zamanda (çok kısa) bir veri toplamayı tamamlar ve veri bilgilerini koordinatöre gönderir. Ev ağ geçidinden gelen ev aleti kontrol komutu için, ZigBee koordinatörü bunu ev aleti terminal kontrol düğümüne gönderecek ve terminal düğümü kesinti yoluyla bilgiyi alacak ve ev aletinin kontrolünü tamamlayacaktır. Spesifik uygulama süreci Şekil 6'da gösterilmektedir.
3.5 Akıllı telefon APP tasarımı
Şekil 7, akıllı telefon APP'sinin ana arayüzünün şematik bir diyagramıdır Kullanıcının tüm akıllı ev kontrol sistemini çalıştırması nihayetinde akıllı telefon aracılığıyla tamamlanır. Bu amaçla Android akıllı telefon işletim sistemi platformuna dayalı bir uygulama geliştirdim. APP'nin tasarımı, APP arayüzünün ön ucunun ve arka ucunun geliştirilmesini içerir. Bunların arasında, APP'nin ön ucu, bir XML dosyası oluşturmak, karşılık gelen kontrolleri bu XML dosyası altında belirli bir düzene göre yazmak ve ardından XML dosyasını MainActivity koduna bağlayan UI (kullanıcı arayüzü) tasarımıdır [8 ]; APP'nin arka plan kodu tasarımı temel olarak bir alt iş parçacığı açmak ve ardından alt iş parçacığındaki TCP / IP protokolüne dayalı bir Soket bağlantısı kurmaktır.Ev ağ geçidine başarılı bir şekilde bağlandıktan sonra, UI arayüzündeki düğmelere tıklayarak bunu kontrol edebilirsiniz. Ev aletleri veya iç mekan sensörlerinden veri alın ve bunları telefon arayüzünde görüntüleyin. Uygulamanın ana arayüzü Şekil 7'de gösterilmektedir.
4 sistem testi
Sistemin yazılım ve donanım tasarımı tamamlandıktan sonra laboratuvar koşullarında testler yapılmıştır. Test sistemi bir ZigBee koordinatörü, iki ZigBee terminal düğümü (sırasıyla sıcaklık ve nem sensörü düğümleri ve müzik çalar düğümleri), S3C2440 platformunda oluşturulmuş bir ev ağ geçidi, bir kablosuz yönlendirici (İnternete bağlanmak için kullanılır) ve bir Android'den oluşur Akıllı telefon bileşimi. Bunlar arasında, ZigBee koordinatörü ile ZigBee terminal düğümü arasındaki mesafe 10 m'dir ve bitişik ZigBee terminal düğümleri arasındaki mesafe 15 m'dir; ev ağ geçidi, ağ bağlantı noktası üzerinden kablosuz yönlendiriciye ve ardından İnternet'e bağlanır. Testten sonra, Şekil 8'de gösterildiği gibi, ana ağ geçidinin arka plan sunucusunun çalışan verilerinin bir kısmını yakaladık. Sistemin istikrarlı bir şekilde çalıştığı, bilgilerin zamanında ve doğru bir şekilde toplandığı ve yürütme yapısının hızlı yanıt vererek ev ağı ve otomasyon hedefine ulaştığı görülebilmektedir.
5 sonuç açıklaması
Bu makale, yerleşik ARM teknolojisini ZigBee kablosuz iletişim teknolojisi ile birleştirerek, Android platformuna dayalı olarak insan-bilgisayar etkileşimi için bir akıllı telefon uygulaması geliştirdi. Sistemin güçlü işlevleri, daha sonra güçlü ölçeklenebilirliği ve düşük güç tüketimi vardır.Akıllı yönetim ve ev ekipmanının uzaktan izlenmesi amacına ulaşır ve nispeten geniş bir uygulama olasılığına sahiptir. Referanslar
1 Chen Facai, Wang Renbo SC1128 Güç Hattı Taşıyıcı Çipine Dayalı Akıllı Ev Sisteminin Tasarımı J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2009, 28 (20): 16-18.
2 Yin Jiting, Yuan Jia, Jiao Zhiman, ve diğerleri. ARM ve ZigBee'ye dayalı akıllı ev kontrol sisteminin araştırma ve geliştirilmesi J. Bilgisayar Ölçümü ve Kontrolü, 2013, 21 (9): 2451-2454.
3 Ye Gaoyang, Bi Ran Nesnelerin İnternetine dayalı akıllı ev sisteminin tasarımı ve uygulaması J. Bilgisayar Uygulamaları, 2014, 31 (S1): 318-319.
4 HAN D M, LIM J H. ZigBee J. Tüketici Elektroniği Üzerine IEEE İşlemlerine dayalı akıllı ev enerji yönetim sistemlerinin tasarımı ve uygulaması, 2010, 56 (3): 1417-1425.
5 Xu Shufang, Wang Jinhai, Gong Yulong.ZigBee tabanlı akıllı ev kontrol sisteminin araştırma ve tasarımı J. Application of Electronic Technology, 2013, 39 (8): 81-83.
6 Guan Yong, Zhang Jie, Shi Yishuang ARM tabanlı Gömülü WEB Sunucusu Araştırması J. Elektronik Cihazlar, 2006, 29 (2): 42-45.
[7] Ji Jinshui ZigBee kablosuz sensör ağ teknolojisine dayalı sistem tasarımı J Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2007, 28 (2): 22-25.
8 Yang Wei, Gao Wenhua.Android J tabanlı akıllı ev terminali tasarımı ve araştırması Bilgisayar Teknolojisi ve Geliştirme, 2013, 23 (7): 189-192.
