基于ARMCortexA8与Android平台的智能家居系统设计本科毕业设计论文.docx
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基于ARMCortexA8与Android平台的智能家居系统设计本科毕业设计论文
本科毕业设计论文
题目基于ARMCortex-A8与
Android平台的智能家居系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
随着物质生活水平的逐步提高，科学技术的不断发展，人们对生活质量的要求也越来越高。
物联网技术的飞速发展，智能家居应运而生。
智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。
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ARMCORTEX-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。
系统硬件部分介绍了各个外设，软件部分由智能网关程序设计、Android用户控制程序设计以及zigbee节点控制程序设计三部分组成。
经试验测试表明，本文设计的系统能很好地满足需求，能够实现对家居设备的系统化、网络化、智能化控制，对智能家居发展具有积极的影响。
关键词：
智能家居系统，Cortex-A8，ZigBee，Android
ABSTRACT
Withthegradualimprovementoflivingstandards，andthedevelopmentofscienceandtechnology，people'squalityoflifeareincreasinglyhighrequirements.TherapiddevelopmentofInternetofThingstechnology，intelligenthomecameintobeing.Smarthomethroughhomenetworkingtechnologytoconnectvariousdevicestogether，provideappliancecontrol，lightingcontrol，curtaincontrol，telephoneremotecontrol，indoorandoutdoorremotecontrol，anti-theftalarm，environmentalmonitoring，HVACcontrol，infraredrepeaterandaprogrammabletimercontrolandotherfunctionsandtools.
Thispaper，aimingthecurrentdevelopmentofdomesticsmarthome，proposedsmarthomesystemdesignbasedonthepopularityofhigh-endprocessorcoreARMCORTEX-A8OMAP3530andAndroidplatforms.ThesystemconsistsofAndroidusercontrolmodule，intelligentgatewaymoduleandzigbeenodecontrolmodule.ThesystemusestheARMembeddedgatewayplatformtobuild，andwithagooduserinterface，whileusingzigbeetechnologytobuildahomewirelessnetwork，userscanremotelyinteractwiththehomedevice.SystemHardwaresectiondescribeseachperipherals，softwarepartofthedesignbyanintelligentgatewayprogram，AndroiduserstocontrolprogrammingandZigbeenodecontrolprogrammingofthreeparts.Thetesttestsshowthatthisdesignsystemcansatisfythedemandsofhomedevicestoachievesystematic，network，intelligentcontrol，withapositiveimpactonthedevelopmentofthesmarthome.
KEYWORDS：
SmartHomeSystem，Cortex-A8，ZigBee，Android
第一章绪论
1.1选题背景及意义
随着科学技术的不断发展，人们对生活质量有了更高的要求。
人们希望有一个高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
实现对家居设备的系统化、网络化、智能化控制，已经成为家居环境未来的发展方向，智能家居应运而生。
智能家居是在物联网的影响之下物联化的体现。
智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音频设备、照明设备、窗帘设备、空调设备、安防系统、数字影院系统、网络家电以及三表抄送等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段[1-2]。
与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼并建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
1.2智能家居研究现状
1.2.1智能家居的起源
智能家居概念的起源比较早，1984年美国联合科技公司（UnitedTechno1ogiesBuildingSystem）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，第一栋“智能型建筑”出现了，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
1.2.2智能家居在国外的发展
智能家居在国外的发展一直处于领先地位，先后在美国、韩国、新加坡、日本、欧洲等国家和地区都有广泛的应用。
如微软公司开发的“梦幻之家”、IBM开发的“家庭主任"、Motorola开发的“居所之门”，韩国三星公司推出的“SmartHome”软件控制平台，新加坡推出的“智慧国2015”规划，日本的“i-Japan”战略。
据统计，在2000年，国际智能家居市场销售总额达到24亿美元。
2004年已经达到200亿美元[3-4]。
显然，智能家居在国外巳经发展为一个非常普及的行业。
1.2.3智能家居在国内的发展
智能家居在国内的起步较晚，现阶段还是一个新兴行业，但发展迅猛。
我国的智能小区在20世纪90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SmartCenter，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ARMCORTEX-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
2.1Android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（softwarestack，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]。
2.1.2Android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MIDlet，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ServiceConnection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“XMLlayout”将UI放置在视窗上，Android1.5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AndroidHero手机即含有大量的widget。
至于ViewGroup是各种layout的基础抽象类（abstractclass），ViewGroup之内还可以有ViewGroup。
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findViewById（）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eventlistener，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.OnClickListener。
（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（VirtualMachine）。
Bionic是Android改良libc的版本。
Android同时包含了Webkit，所谓的Webkit就是AppleSafari浏览器背后的引擎。
Surfaceflinger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BionicLibc。
Android采用OpenCORE作为基础多媒体框架。
OpenCORE可分7大块：
PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideoMultimediaFramework（PVMF）、OperatingSystemCompatibilityLibrary（OSCL）、Common、OpenMAX。
Android使用skia为核心图形引擎，搭配OpenGL/ES。
skia与LinuxCairo功能相当，但相较于LinuxCairo，skia功能还只是雏形的。
2005年Skia公司被Google收购，2007年初，SkiaGL源码被公开，目前Skia也是GoogleChrome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（DalvikVirtualMachine）。
Dalvik虚拟机是一种“暂存器型态”（RegisterBased）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Dalvik虚拟机来运行，让系统在运行程序时可达到优化。
Dalvik虚拟机并非运行Java字节码（Bytecode），而是运行一种称为.dex格式的文件。
（3）硬件抽像层
Android的HAL（硬件抽像层）是能以封闭源码形式提供硬件驱动模块。
HAL的目的是为了把Androidframework与Linuxkernel隔开，让Android不至过度依赖Linuxkernel，以达成kernelindependent的概念，也让Androidframework的开发能在不考量驱动程序实现的前提下进行发展。
HALstub是一种代理人（proxy）的概念，stub是以*.so档的形式存在。
Stub向HAL“提供”操作函数（operations），并由Andr
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