嵌入式技术在智能家居中的运用
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嵌入式技术在智能家居安全中的应用分析智能家居技术的迅速发展为我们的生活带来了便利和舒适。
然而,随之而来的是对智能家居安全的关注。
随着人们对隐私和安全的要求越来越高,嵌入式技术在智能家居安全中的应用变得尤为重要。
本文将分析嵌入式技术在智能家居安全中的应用,并探讨其优势和挑战。
首先,嵌入式技术在智能家居安全中发挥着关键作用。
嵌入式技术是指将计算机硬件和软件嵌入到其他设备或系统中的技术。
在智能家居系统中,嵌入式技术被广泛应用于智能设备和传感器中,实现设备之间的通信和信息交换。
这使得智能家居系统能够实时监测和响应用户的需求,并实现对各种设备的远程控制。
其次,嵌入式技术在智能家居安全中具有多种优势。
首先,嵌入式系统通常具有较小的体积和功耗,可以集成到各种智能设备中,不会占用太多空间或资源。
其次,嵌入式系统具有较高的性能和稳定性,可以实现快速的数据处理和响应。
第三,嵌入式系统可以实现设备之间的安全通信。
通过使用加密算法和安全协议,嵌入式系统能够确保数据传输的机密性和完整性,防止未经授权的访问和攻击。
然而,嵌入式技术在智能家居安全中也面临着一些挑战。
首先,嵌入式系统的复杂性和多样性使得安全性的保障变得更加困难。
每个智能设备都可能存在不同的软件和硬件平台,这增加了系统整合和安全协议的复杂性。
其次,嵌入式系统的安全性高度依赖于软件和硬件的开发和更新。
如果开发人员和制造商不及时修复漏洞和更新系统,可能会导致系统容易受到攻击。
第三,个人隐私和数据安全是智能家居安全中的重要关注点。
由于智能家居系统涉及到用户的个人信息和日常生活数据,如果这些数据受到泄露或滥用,将给用户带来严重的安全威胁。
为了解决这些挑战,我们可以采取一些措施来提高嵌入式技术在智能家居安全中的应用。
首先,制定严格的安全标准和规范,要求开发人员和制造商对智能家居设备进行安全评估和测试。
其次,加强安全意识教育和培训,增强用户对智能家居安全的认识和理解。
此外,建立专门的安全团队,负责监测和应对智能家居系统中的安全漏洞和威胁。
嵌入式系统在智能家居中的应用随着科技的快速发展,智能家居已经逐渐步入大众的视野中。
智能家居可以使我们的生活更加智能化,让我们的家变得更加舒适、便捷、安全。
而实现智能家居的重要的技术是嵌入式系统。
嵌入式系统在智能家居中的应用已经变得越来越普遍,本文将会介绍智能家居和嵌入式系统,并探讨嵌入式系统在智能家居中的应用。
一、智能家居智能家居是指将各种智能设备、传感器、智能化设备等综合起来,通过云计算平台、传感器技术等手段,实现人机交互、自动化控制等功能,从而使住宅变得更加智能化,提高我们生活的便利性和舒适性。
智能家居一般包含以下功能:1.家电控制可以通过智能手机等终端,实现对家里的各种家电设备进行远程控制,比如通过APP控制电视、空调、冰箱、洗衣机等家电设备。
2.安防监控可以通过视频监控和传感器等设备,对家中的安全和状况进行监测和预警,比如通过门窗传感器监测是否有人非法进入,通过红外线监测是否有人在家中闯入等。
3.环境控制可以对家中的环境进行控制和调节,使家中的温湿度、光线等因素能够符合我们的需求。
比如通过智能调节器控制房间温度、湿度,通过智能照明系统控制灯光明暗等。
4.智能家居健康管理可以通过智能设备对人的健康状况进行监测,比如监测体温、血压、心率等,从而进行健康管理和提供个性化建议等。
二、嵌入式系统嵌入式系统是指嵌入到其他设备中的计算机系统,常常被用于控制单一的、独立的任务,并且通常与机械或电子设备一同运作。
它通常包含一个或多个微处理器或微控制器,并且可以包含多个硬件和软件组件。
在嵌入式系统中,硬件和软件通常是一体化设计的,从而可以使系统更加有效地工作,并且可以减小系统的尺寸和成本。
嵌入式系统在智能家居中的应用主要有以下方面:1.传感器控制嵌入式系统可以通过各种传感器进行检测和监测,比如温度传感器、湿度传感器、气体传感器等,从而对家中环境进行监测和调节。
2.智能家电控制家电控制是智能家居中最为常见的应用,嵌入式系统可以通过各种通信技术如WIFI、蓝牙、红外线等,远程控制家电设备,并且可以进行自动化控制和状态检测,比如检测家中是否有人,从而可以实现一些自动化的场景。
嵌入式系统在智能家居中的应用随着科技的不断发展,智能家居成为了当下热门的话题。
智能家居可以让我们的生活更加便捷和智能化,同时也带来了更高的安全性。
而其中重要的一环就是嵌入式系统。
在本文中,我们将会探讨嵌入式系统在智能家居中的应用。
一、什么是嵌入式系统?嵌入式系统是指集成在电子设备或机器中的计算机系统,它以其小型化、高度集成、高可靠性和实时性等特点而被广泛应用。
嵌入式系统能够处理各种各样的数据,实现实时计算和控制,通常采用微控制器来管理各个功能模块。
二、智能家居的核心就是将各种智能设备和传感器连接在一起,实现家庭中各种设备的互联互通。
嵌入式系统作为智能家居的重要组成部分之一,它可以帮助智能家居实现下面这些功能:1、安全控制智能家居中的安全控制需要同时监测和处理多种信号。
嵌入式系统可以通过处理所有的传感设备,例如门窗传感器、摄像头、烟感报警器和刷卡系统等等,实现智能家居的入侵检测和智能安全控制。
如果嵌入式系统检测到不明的信号,它会快速启动预定的安全方案,比如关闭所有的家庭门窗以及闸门等等,确保家庭的安全。
2、智能照明嵌入式系统在智能照明方面的应用使得智能家居住户能够随时控制房间内的灯光,随时根据不同场景选择不同的亮度模式。
嵌入式系统还可以使用传感器来收集周围的光线信息并且结合住户的习惯来智能调节房间的亮度。
3、环境控制嵌入式系统可以与温度控制设备和空调联动,协调房间内空气和温度的变化。
用户可以在床上或者炕上轻松开启或关闭空调,调整房间的温度和湿度,非常方便。
4、电力控制嵌入式系统可以提高家庭中电力的利用率。
嵌入式系统可以帮助干净能源设备和消费电器进行协调工作,合理控制用电,在低电量情况下自动关闭部分不必要的设备,避免浪费电能。
5、互联互通嵌入式系统可以将所有家庭设备信息统一到一个智能控制系统中,方便住户离家的状态管理和设备状态监控。
所有的家庭设备都可以实现互联互通,比如你可以通过手机App随时随地监控家里的状况,对家里的照明、电器和设备进行远程控制。
嵌入式系统在智能家居中的应用嵌入式系统在智能家居中的应用随着科技的不断进步和人们生活质量的提高,智能家居成为了现代家庭的一种常见配置。
在这个智能家居的大潮中,嵌入式系统扮演了至关重要的角色。
本文将探讨嵌入式系统在智能家居中的应用。
一、什么是嵌入式系统?嵌入式系统是一种专门用于特定任务或系统的计算机系统,它们被嵌入在设备中,并与周围的物理世界直接交互。
这些系统通常具有低功耗、体积小、可靠性高等特点。
在智能家居中,嵌入式系统可以包括微控制器、微处理器、DSP(数字信号处理器)等。
二、嵌入式系统在智能家居中的应用1、智能照明控制系统:通过嵌入式系统,可以实现灯光的智能化控制,如根据环境光线自动调节亮度、色温,通过定时设置实现节能等。
2、智能环境监测:嵌入式系统可以与各类传感器结合,实时监测室内的温湿度、空气质量、光照等环境参数,并根据设定值进行自动调节。
3、智能安防系统:嵌入式系统可以用于门禁系统、监控摄像头、烟雾报警器等设备,实现远程监控、报警等功能。
4、智能家电控制:通过嵌入式系统,可以实现家电的远程控制,例如通过手机APP控制电视、空调等设备的开关,甚至进行参数设置。
5、智能窗帘和影音系统:嵌入式系统可以与电动窗帘、音响设备等结合,实现定时开闭、音乐播放等功能。
6、家庭能源管理:通过嵌入式系统,可以收集家庭的能源使用数据,进行可视化展示,帮助用户更好地理解和管理家庭能源使用。
三、嵌入式系统的优势1、灵活性和可扩展性:嵌入式系统可以灵活地适应不同的硬件环境和应用需求,同时可以通过软件升级进行功能扩展。
2、高可靠性和稳定性:嵌入式系统通常经过严格的设计和测试,具有较高的可靠性和稳定性,能够在各种恶劣环境下运行。
3、低功耗和节能:嵌入式系统的功耗通常较低,有利于降低家庭能源消耗。
4、远程管理和控制:通过互联网和移动设备,用户可以远程管理和控制家庭设备,提供了极大的便利性。
四、未来发展趋势1、人工智能和物联网技术的进一步融合:未来,嵌入式系统将更加紧密地与人工智能和物联网技术结合,为用户提供更加智能、便捷的家庭生活体验。
嵌入式系统应用在智能家居中的最佳实践与优化智能家居作为当前智能化发展的重要领域,正越来越受到人们的关注和追捧。
而嵌入式系统作为智能家居的核心技术之一,具有重要的地位和作用。
本文将从最佳实践与优化的角度探讨嵌入式系统在智能家居中的应用,并提出一些相关的解决方案和建议。
首先,嵌入式系统在智能家居中的最佳实践主要体现在以下几个方面。
1. 硬件选择与设计:在智能家居中,嵌入式系统的硬件选择至关重要。
一方面,需要考虑系统的性能和功耗等因素,以满足各类智能设备的需求;另一方面,还需要考虑系统的稳定性和可靠性,以确保智能家居系统的长期可用性。
因此,在硬件选择时,应充分考虑智能家居的实际需求,并选择适当的处理器、传感器、存储器等硬件组件,并合理进行硬件设计和优化。
2. 软件开发与集成:在嵌入式系统的软件开发和集成过程中,应注重模块化和可靠性。
模块化设计可以将复杂的智能家居功能划分为多个独立的模块,方便软件的开发和维护。
同时,应采用可靠性高的软件开发方法,如使用统一的软件框架、采用可靠的编程语言、进行严格的测试和调试等,以提高系统的稳定性和可用性。
3. 网络通信与安全:智能家居系统中的各个设备需要进行互联和通信,因此,网络通信和安全是嵌入式系统在智能家居中的重要问题。
在网络通信方面,应采用合适的通信协议和技术,如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等,以提供高速、稳定的数据传输。
同时,为了确保系统的安全性,应采取相应的安全措施,如数据加密、身份认证等,以防止未经授权的访问和信息泄露。
其次,嵌入式系统在智能家居中的优化也是至关重要的。
1. 能耗优化:智能家居系统通常需要长期运行,因此,能耗优化是一项重要的任务。
可以通过采用功耗较低的硬件组件、优化软件算法和逻辑等方式,降低系统的功耗。
此外,还可以根据实际需求,对系统进行合理的休眠和唤醒策略,避免不必要的能量消耗。
2. 响应速度优化:智能家居系统的响应速度直接影响用户体验。
嵌入式系统在智能家居中的应用智能家居是一种通过将各种电子设备与互联网连接,实现智能化控制与管理的家居系统。
而嵌入式系统作为核心技术之一,为智能家居的实现提供了强大支持。
本文将探讨嵌入式系统在智能家居中的应用,并介绍相关的技术和发展趋势。
一、嵌入式系统简介嵌入式系统是一种专门设计用于特定功能的计算机系统,通常集成于其他设备或系统中。
嵌入式系统通常具有小巧、低功耗、高性能和高可靠性的特点。
在智能家居中,嵌入式系统扮演着重要的角色,用于实现设备之间的互联和数据的处理,从而实现智能控制和管理。
二、嵌入式系统在智能家居中的功能1. 智能控制与联动嵌入式系统可以集成于智能家居中的各种设备,如灯光、空调、安防系统等,实现智能化的控制和联动。
通过嵌入式系统,用户可以通过手机APP或语音助手来控制、调节不同设备的运行状态,实现智能家居的自动化、智能化。
2. 数据采集与分析嵌入式系统可以通过传感器来采集各种环境数据,如温度、湿度、光强等,并将采集到的数据发送给云平台进行分析。
通过分析数据,智能家居可以根据用户的习惯和需求做出相应的智能调整和优化,提高用户的居住舒适度和能源利用效率。
3. 安全监控与预警嵌入式系统可以与视频监控设备、门禁系统等进行联动,实现对家庭安全的监控和预警。
当嵌入式系统检测到异常情况时,如入侵、火灾等,会及时向用户发送预警信息,保障家庭安全。
4. 能源管理与节能环保通过嵌入式系统的智能控制和联动功能,智能家居可以实现针对不同设备的能源管理和节能环保。
嵌入式系统可以根据家庭成员的离开与归来情况,自动调整设备的运行状态和能源消耗,提高能源利用效率,降低能源浪费。
三、嵌入式系统在智能家居中的技术和发展趋势1. 物联网技术的应用嵌入式系统在智能家居中的应用离不开物联网技术的支持。
物联网技术可以实现各种设备的互联互通,形成一个智能化的家庭网络。
嵌入式系统通过集成物联网技术,可以实现设备之间的信息交互和数据共享,提高智能家居的整合能力和智能化水平。
嵌入式系统在智能家居领域中应用前景智能家居是指通过互联网和传感器技术,将家庭中的电器、设备和系统进行连接和控制,实现智能化管理和自动化操作的一种家居生活方式。
嵌入式系统在智能家居领域中具有重要的应用前景。
本文将探讨嵌入式系统在智能家居中的应用前景,并探讨其对日常生活的影响。
1. 家庭安全与监控嵌入式系统可以应用在智能家居的安全与监控系统中,通过安装摄像头和传感器,实现对家庭环境的监控和报警。
当检测到异常活动时,系统可以自动发送警报信息给家庭主人,并通过智能手机应用进行实时查看。
此外,嵌入式系统还可以与门禁系统结合,实现远程开锁和管理,提高家庭的安全性。
2. 能源管理与环境监测嵌入式系统在智能家居领域中的应用还包括能源管理和环境监测。
通过安装智能插座和智能电表,嵌入式系统可以实现对家庭能源的监控和管理,帮助家庭节约能源并降低能源消耗。
此外,嵌入式系统还可以监测室内空气质量、湿度和温度等环境参数,提供有效的环境管理和舒适化生活体验。
3. 智能家电和自动化控制嵌入式系统在智能家电和自动化控制方面的应用是智能家居中最为常见和重要的应用。
通过嵌入式系统的控制,家庭居民可以通过智能手机或语音助手控制家庭中的各种电器设备,例如电视、空调、冰箱等。
嵌入式系统能够实现电器设备之间的联动和智能化操作,提高家庭生活的便利性和舒适度。
4. 健康和医疗辅助嵌入式系统还可以应用于智能家居的健康和医疗辅助领域。
通过安装智能穿戴设备和传感器,嵌入式系统可以监测家庭成员的身体健康状况,并及时提供预警和应对措施。
此外,嵌入式系统可以和医疗机构进行实时连接,提供远程医疗服务和咨询,方便家庭成员的健康管理和诊疗。
5. 智能家居的互联互通嵌入式系统在智能家居领域中的应用还包括实现家庭设备的互联互通。
通过嵌入式系统的连接和控制,家庭成员可以实现不同设备之间的数据共享和信息传递,实现智能家居的整体化管理和智能化操作。
例如,当家庭成员从外出回家时,可以通过嵌入式系统实现自动打开大门、调节室内温度和播放音乐等。
嵌入式系统在智能家居中的应用与发展嵌入式系统是指将计算机硬件与软件嵌入到某种特定产品中的一种计算机技术。
它具备体积小、功耗低、性能高等特点,并且可以根据不同的需求进行定制。
在智能家居领域,嵌入式系统的应用越来越广泛,并且有着巨大的发展前景。
智能家居是指通过网络和物联网技术将家居设备、设施、服务等连接起来,实现自动化、智能化的控制与管理。
嵌入式系统在智能家居中的应用主要体现在以下几个方面:首先,嵌入式系统在智能家居中发挥了关键的作用。
比如,智能空调、智能照明等设备都需要通过嵌入式系统实现远程控制和智能化管理。
通过手机APP或者语音助手,用户可以方便地控制家中的设备,调节室内温度、灯光亮度等,实现舒适、智能的生活体验。
其次,嵌入式系统可以实现智能家居设备的互联互通。
不同品牌的智能设备往往具有不同的通信协议和接口,嵌入式系统可以通过统一的标准化接口,实现设备间的互通和互联。
比如,通过智能网关或者智能家居中控设备,用户可以同时控制多个不同厂商的智能设备,提升了整体的智能化程度,增加了用户的便利性。
此外,嵌入式系统还可以实现人机交互的智能化。
传统的家居控制方式主要通过开关、遥控等方式,操作繁琐,不够智能化。
而嵌入式系统可以通过触摸屏、语音识别等技术,实现更加智能化的人机交互。
用户可以通过触摸屏或者语音指令,实现对智能家居设备的控制,提升了用户的使用体验。
另外,嵌入式系统在智能家居中还可以实现数据的采集和分析。
智能家居中的各种设备和传感器可以采集到丰富的数据,比如温度、湿度、光照强度等信息。
通过嵌入式系统对这些数据进行采集、处理和分析,可以实现对家居环境、能耗等方面的监测和优化。
比如,根据室内温度和人员活动情况,智能控制系统可以自动调节空调的温度,减少能耗,提高能源利用效率。
嵌入式系统在智能家居中的发展前景也非常广阔。
首先,随着人们对生活品质要求的提高,智能家居市场需求将持续增长,嵌入式系统的应用也会得到更多的机会。
智能家居中嵌入式技术的应用随着科技的不断进步和人们生活水平的提高,智能家居已经逐渐成为现代生活中不可或缺的一部分。
智能家居通过连接各种家电和设备,通过智能控制,让生活更加便捷和有趣。
而智能家居中嵌入式技术的应用,则是实现智能家居的关键所在,它是支撑整个智能家居系统的基础。
嵌入式技术,简单地理解,就是把计算机系统以及相关的硬件和软件集成到某一产品中,使其功能更加强大和完善。
而在智能家居领域中,嵌入式技术则是实现夜视、家庭安防、智能语音交互等一系列高科技功能的重要手段。
从物联网连接和数据采集到智能化决策和控制,嵌入式技术贯穿了智能家居系统的整个生命周期。
智能家居中嵌入式技术的应用范围非常广泛,我们可以将其分成以下几个方面进行论述。
一、家庭安防安防是智能家居中最为基本的应用之一。
在家宅中加装网络摄像头,防盗门禁等设施,可以让我们实时了解家中状况,提高安全防范能力。
而在这一领域,嵌入式技术则可以支持无线互联等功能,在任何时候,通过智能手机等设备链接家居系统、监控图像,安全感得到极大提升。
二、智能家电智能家电的使用篇益更为广泛,智能灯光、智能水暖、智能厨房、智能空调等,嵌入式技术都可以实现对其的智能化控制,使得家电更加方便、省心、节能。
随着智能家电市场的扩大,我们将不再需要繁琐的操作环节,只需要轻触设备或通过语音交互,就可以及时实现家居设备的智能控制。
三、智能音箱智能音箱是近年新兴的一种智能家居产品,其采用嵌入式技术让家庭更加智能,交互更加自然。
例如,我们可以通过直接对音箱语音喊话来操作家电,或者直接听取天气预报、音乐列表等服务。
而这一功能的实现,离不开嵌入式技术的支持。
四、智慧健康随着人们对健康的重视,智慧健康也逐渐成为智能家居中的重要应用领域。
智慧健康支持蓝牙、WiFi等多种协议通信,可以让我们测量血糖、心率、体重等身体数据和环境数据。
当我们的身体出现异常状况时,智慧健康能够自动记录和向亲友、医疗机构发送报警信息,为我们的健康提供更好的保障。
嵌入式系统应用于智能家居的实现智能家居是未来的趋势。
通过嵌入式系统将家居智能化,不仅可以提高家居的安全性、舒适度,同时也可以提高家庭成员的生活质量。
作为一种新兴的技术,嵌入式系统在智能家居的应用中具有不可替代的作用。
嵌入式系统是一种专门用于控制系统的微型计算机。
在智能家居中,嵌入式系统通过连接各种传感器、设备和网络,实现家居的自动化控制和管理。
例如,智能灯光系统可以通过嵌入式系统实现家居照明的自动化调节,适应不同的场景;智能门锁系统可以通过嵌入式系统实现家居的安全管理,避免闯入和失窃。
嵌入式系统在智能家居中的应用主要体现在以下几个方面:1.家庭安全系统嵌入式系统可以通过联网设备实现不同的家庭安全措施。
例如,智能门锁系统可以实现虚拟密钥、一次性密码、全屋联动等多种安全保障措施。
这些技术不仅可以提高家庭的安全性,同时也可以为家庭成员提供更加便捷的生活方式。
2.环境监测系统嵌入式系统可以通过连接传感器监测家庭的温湿度、空气质量、气体浓度等信息。
当环境出现异常时,嵌入式系统可以自动调节家居设备,保障家庭成员的健康和舒适。
3.智能家居控制系统嵌入式系统可以通过应用物联网技术,实现家居设备的联动控制。
例如,智能灯光系统可以通过嵌入式系统实现人体感应、光线感应等智能灯光调节。
家庭成员可以通过手机APP等方式远程控制智能设备,实现家庭设备的自动化控制和智能化管理。
4.智能家居娱乐系统嵌入式系统可以通过音频视频设备、智能电视机等技术,实现家庭的娱乐需求。
例如,可以通过智能音响系统实现家庭音乐播放和控制;通过智能电视机实现家庭影视的点播和联机观看等。
总之,嵌入式系统在智能家居中具有广泛的应用前景。
未来的智能家居将会更加注重安全性、舒适度和便捷性,嵌入式系统将会在智能家居领域中扮演重要的角色。
《嵌入式系统》技术报告嵌入式技术在智能家居中的运用学号:2*********:**班级名称:电1304-1院系名称:电气与电子工程学院****:***摘要随着嵌入式技术、网络及信息技术的发展,智能家居的理念渐渐深入人心,与此同时,无线技术也在逐步发展,目前已比较成熟的无线连接方式包含了蓝牙连接、红外连接(IR)和无线(RF)连接三种方式,近几年Wi-Fi的发展迅猛,但实践基础还不够完善。
智能家居这一概念提出已久,大部分的智能家居是基于嵌入式系统并且在有线技术的辅助下完成,但由于有线技术布线困难、投资大等缺点,基于嵌入式无线技术的智能家居便应运而生。
对于大部分稳定性要求不是很高的家电而言,无线技术完全可以保证系统的顺利安全进行,这样无论是利用PC还是手机均用户均可以在不同地点不同时刻甚至是远程控制家中的智能电器。
本文将从几种不同的无线技术着手,分别介绍嵌入式技术在这几种无线接入技术下实现的智能家电控制系统,进一步阐述嵌入式无线技术的重要性。
关键词:嵌入式技术;无线技术;智能家居;视频采集;视频编码。
引言智能家居(Smart Home)是利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术和传感技术等,依照人体工程学原理,将家居生活中的各类电子设备有机的结合在一起,通过网络化综合智能控制和管理的一种嵌入式系统。
电子、通信、传感和网络技术的不断发展和人们生活质量的提高,家居生活中的电子产品不但种类越来越多,功能更加完善,应用更加普遍,而且越来越智能化,最普遍的家居生活电子产品种类达数百种,实现对如此之多的家居电子产品的综合控制是智能家居发展的必然趋势。
文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统,以ARM9 微处理器为核心,结合ZigBee和GPRS 通信技术,根据实际需要实现对家居电子设备进行本地和远程两种方式的无线控制,本地控制是指在本地通过互联网将控制指令传输给控制系统来实现各种家居电器的监控,远程控制是指用计算机网络或手机短信将控制指令传输给控制系统实现对各种家居电器的远距离监控,这两种控制方式的结合将给我们的工作和生活带来极大的便捷,是未来智能化家居生活发展的必然趋势。
1.嵌入式系统概述目前,在嵌入式系统应用领域中,不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。
有些人搞了十多年的单片机应用,不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统;也有些人在解释什么是嵌入式系统时,不是从定义出发,而是列举了嵌入式系统的一些特点,往往不知所云。
因此,有必要从现代计算的发展历史,了解嵌入式系统的由来,从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。
嵌入式系统诞生于微型机时代,嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去,这些是理解嵌入式系统的基本出发点。
由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中,实现的是对象的智能化控制,因此,它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算;技术发展方向是总线速度的无限提升,存储容量的无限扩大。
而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力;技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。
嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路,这条独立发展的道路就是单芯片化道路。
它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士,接过起源于计算机领域的嵌入式系统,承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务,迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。
在中国嵌入式系统领域,比较认同的嵌入式系统概念是:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
它一般由嵌入式微处器、处围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
如果我们了解了嵌入式(计算机)系统的由来与发展,对嵌入式系统就不会产生过多的误解,而能历史地、本质地、普遍适用地定义嵌入式系统。
1.1 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求,嵌入式系统应定义为:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。
1.2 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点与定义不同,它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。
不同的嵌入式系统其特点会有所差异。
与“嵌入性”的相关特点:由于是嵌入到对象系统中,必须满足对象系统的环境要求,如物理环境(小型)、电气/气氛环境(可靠)、成本(价廉)等要求。
与“专用性”的相关特点:软、硬件的裁剪性;满足对象要求的最小软、硬件配置等。
与“计算机系统”的相关特点:嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。
与上两个特点相呼应,这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。
另外,在理解嵌入式系统定义时,不要与嵌入式设备相混淆。
嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备,例如,内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA等。
1.3嵌入式系统的种类按照上述嵌入式系统的定义,只要满足定义中三要素的计算机系统,都可称为嵌入式系统。
嵌入式系统按形态可分为设备级(工控机)、板级(单板、模块)、芯片级(MCU、SoC)。
有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统,但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统,因此,只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统,并作为嵌入式应用时,这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。
2.嵌入式系统的主要应用嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景,其应用领域可以包括:工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人。
这些应用中,可以着重于在控制方面的应用。
就远程家电控制而言,除了开发出支持TCP/IP的嵌入系统之外,家电产品控制协议也需要制订和统一,这需要家电生产厂家来做。
同样的道理,所有基于网络的远程控制协议也需要与嵌入式系统之间实现接口,然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。
所以,开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。
3.嵌入式系统的发展现状和发展趋势随着信息化,智能化,网络化发展,嵌入式系统技术也将获得广阔发展空间。
美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言,4~5年后嵌入式智能(电脑)工具将是PC 和因特网之后最伟大的发明。
我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会发表的《计算机的发展与技术》一文中,对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。
1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元,2000年达到13000亿美元。
信息时代,数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机,为嵌入式市场展现了美好的前景,嵌入式系统与对象系统密切相关,其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求,不断扩展对象系统要求的外围电路(如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等),形成满足对象系统要求的应用系统。
因此,嵌入式系统作为一个专用计算机系统,要不断向计算机应用系统发展。
因此,可以把定义中的专用计算机系统引伸成,满足对象系统要求的计算机应用系统。
同时也向嵌入式生产厂商提出了新的挑战,从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势;⑴嵌入式开发是一项系统工程,因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身,同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。
⑵网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高,使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一,结构更加复杂⑶网络互联成为必然趋势。
未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求,必然要求硬件上提供各种网络通信接口。
⑷精简系统内核,算法,降低功耗和软硬件成本。
⑸提供友好的多媒体人机界面。
嵌入式设备能与用户亲密接触,最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。
4.无线智能家居设计4.1 无线智能家居控制系统总体结构及功能无线智能家居控制系统总体结构及功能文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统主要包括ARM9 核心控制模块,无线通信模块、LCD 触摸屏模块和家居电器,另外还有传感检测,语音报警和电源等模块。
系统总体结构模型图如图1 所示。
图1 系统总体结构模型图其中ARM 是整个系统的控制核心,通过GPRS 和ZigBee 无线通信网络收发控制指令实现对家居电器进行综合监控,同时提供防火墙的功能,阻止外界对家庭内部设备的非法访问和攻击。
无线通信模块分为本地和远程两部分,本地通信主要通过新型的ZigBee 无线通信技术实现系统与家居电器的通信,达到对其控制;远程通信是利用手机通过GPRS 通信网络或利用计算机通过互联网实现人与控制系统的通信,进而达到对家居电器的远程监控。
采用无线通信技术省去了布线使家居布局更加灵活,远程控制使家居电器工作更加贴近人们的工作和生活要求。
智能家居控制系统的具体功能包括:⑴家居电器的综合监控:对所控制的家居电器进行开关、工作参数的设置和工作状态的检测。
⑵室内环境信息采集:采集家居环境的温度、湿度信息和煤气、烟气等有毒气体的检测。
⑶自动报警:当检测到家居环境的温度、湿度、煤气、烟气等超标,或检测到有陌生人强行开启室门或进入室内时就自动报警,告知居室主人。
⑷本地控制:用户在本地可通过计算机或家居电器本身的操作键对家居电器进行监控。
⑸远程控制:用户远程可以通过手机短息或互联网对家居电器进行控制或工作状况查询。
⑹安全防盗:家居中的所有与控制系统连接的电器设备均可实现与主人通信,一旦盗贼对某设备进行操作,或某设备工作状态异常时,系统将立即通知主人,以达到安全和防盗的目的。
4.2 系统硬件实现系统硬件主要由ARM9 微处理器、GPRS 通信网络、ZigBee通信技术、LCD 触摸屏、语音报警和电源等模块组成。
4.3 ARM9硬件处理器微处理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。
S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微处理器, 采用了ARM920T 的内核,0.13um的CMOS 标准宏单元和存储器单元,最高主频可以达到400MHz,提供多款液晶屏配置。
ARM920T 实现了MMU,AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构,这一结构具有独立的16Kb 指令Cache和16Kb 数据Cache,每个都是由具有8 字长的行组成。
通过提供一套完整的通用系统外设,无需配置额外的组件从而减少整体系统成本,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。
4.4 无线通信网络GPRS 网络是覆盖范围最广,性能较为完善的无线网络,GPRS 网络本身具有较强的数据纠错能力,数据传输速率最高可达128Kb/s,能够保证数据传输的可靠性和实时性。