基於μSOS的智慧家居系統設計論文
採用Kinetis K10作為核心控制器，使用觸控式螢幕實現顯示和控制等人機互動功能，設計重點體現現代家居的安全監測和舒適度調節。軟體方面成功移植了μc/OS作業系統，實現了防盜報警、消防報警、IC卡門禁、燈光調控、電動窗簾、溫溼度檢測和背景音樂控制等功能，實驗室驗證了系統的可行性和實用性。
科學技術不斷的發展，人們生活水平得到很大提高，人們對物質生活要求舒適度日益增加，這樣就使得人們對家居生活的要求也越來越向智慧化、舒適化、安全化的方向發展。本文提出了一種基於μC/OS的智慧家居系統的設計，重點體現安全監控和提高生活的舒適度與便捷度，儘可能為使用者營造出一個安全舒適的生活環境。
1 設計方案
系統控制核心採用飛思卡爾kinetis K10晶片，控制系統選用μC/OS-Ⅲ作業系統[ 1 ]。主要功能：安全監測方面實現煙霧報警、IC卡門禁、紅外報警、強行進入報警，舒適生活方面設計了自動窗簾、燈光調節、溫溼度檢測、音樂播放等功能，功能切換基本依靠觸控式螢幕來控制。
1.1功能模組電路設計
1)燈光控制。通過繼電器模組，實現5路燈光控制。圖1中，當PTE4，PTE17管腳輸入高電平時，對應的繼電器會吸合，進而控制其連線的220V觸點吸合，此時燈亮。反之，管腳輸入低電平，繼電器斷開，觸點斷開，將燈斷開。
2)背景音樂。電路中使用MP3解碼模組，實現了背景音樂控制功能[ 2 ]。該模組需要+5V的直流電源，並接出一個耳機插孔，用來外接揚聲器。將模組的“PLAY”“NEXT”“PREV”三個控制鍵與核心控制板的三個 I/O口相連，只要I/O口產生一個下降沿，就可以實現對應的控制。3)安全防範模組。安防是每個家庭系統中都必不可少的部分，在此部分設定了“強行進入報警”、“燃氣洩露和煙霧報警”、“IC卡門禁”三個部分，下面詳細介紹各部分實現的原理。卡門禁。通過IC卡的射頻讀寫模組，進行IC卡識別，進而進行使用者身份識別。將該模組與核心控制板相連線，與主機通訊採用SPI通訊模式。b.強行進入報警。強行進入警報用一個門磁開關來檢測，為了使微控制器檢測到標準的高低電平，增加了一個上拉電阻。當門開啟時，門磁開關閉合，此時控制器檢測到低電平，並且觸發警報。c.燃氣洩露和煙霧報警電路。該電路選用煙霧感測器來採集現場空氣引數資料[ 3 ]。當空氣中的煙霧濃度超過設定值時，感測器的”DOUT”(對應PTB3)管腳會由原來的高電平變為低電平，根據這個原理，核心控制器檢測到一個下降沿時，說明出現危險，會觸發警報。4)自動窗簾。自動窗簾採用步進電機來實現，通過控制電機的正反轉來控制窗簾的升降。使用4相5線步進電機，I/O口模擬輸出脈衝通過ULN2003A放大後作為電機驅動[ 4 ]。由於K10晶片的I/O口輸出功率不足以驅動步進電機，需要加驅動電路。使用ULN2003A搭建驅動電路。5)遠端監控。該功能主要通過核心控制器與上位機的串列埠通訊來實現。上位機通過點選不同的按鈕，傳送命令給核心控制器，控制器也可以傳送命令到上位機。6)溫溼度檢測。溫溼度檢測體現在舒適度部分，這裡使用SHT11溫溼度感測器模組，來實現對環境溫溼度的檢測。
1.2軟體設計
基於CodeWarrior10.2的`開發平臺，為了是軟體更加安全簡潔，設計中使用μC/OS嵌入式作業系統。將系統軟體分為四層，第一層系統底層BSP模組和韌體庫模板，第二層μC/OS核心模組，第三層系統呼叫模組和檔案系統模組、LCD控制模組，第四層為使用者任務模組。使得軟體的層次結構分明，提高了系統的穩定性，其次檔案系統模組，系統呼叫模組，方便了使用者任務的使用。設計中，在μC/OS-Ⅲ中建立了狀態切換任務，音樂控制任務，窗簾控制任務，燈光控制任務，安防控制任務，視訊監控任務，IC卡檢測任務，LCD檢測任務，上位機監視任務，WIFI監視任務等十個任務。系統按照時間分為在家模式，睡覺模式，早晨模式，離家模式四個模式，系統上電之後，預設是離家模式。當用戶刷卡之後，IC卡檢測模組傳送一個在家模式訊號，然後每個任務物件，接收在家模式訊號後，執行對應的在家模式才有的功能。當點選觸控式螢幕的時候，LCD監控任務會產生一條訊息，通過訊息匯流排，是對應的任務接收到對應的訊息，進而執行相應的行為。因為訊息都是通過匯流排傳送的，所以，可以系統控制可以通過觸控式螢幕、上位機和WIFI進行控制。
2 結論
採用kinetis K10作為核心控制晶片，併成功移植了μC/OS-Ⅲ實時作業系統，使用了IC卡等模組，實現使用者身份識別，實時採集溫溼度感測器、煙霧、窗門磁感測器狀態，控制燈光、背景音樂和窗簾動作，控制程式設計參考人們的作息規律，更加貼近生活，並且設計了友好的人機互動介面，打造出一個安全、有序、高效的智慧家居系統，實驗室驗證了該系統的可行性。
