基于Qt/Embedded触摸屏的智能家居控制系统

摘 要： 设计了一个基于Qt/Embedded 触摸屏的智能家居控制平台，并通过zigbee 组网的方式，实现家居的智能化控制。首先，智能家居的界面用Qt/Embedded 设计，然后，界面被移植到以ARM9 为微处理器的控制平台上，并实现界面的触摸屏功能；最后，通过串口驱动将设计的具有触摸屏功能的界面与zigbee 组网的协议连接起来，实现对智能家居控制的无线传输。

　　1 引言

　　随着生活质量的提高，家居智能化已经成为当今时代的一种主流。如何更好的设计智能家居的整体性控制就显得越来越重要。由于ARM 和触摸屏的迅速发展，采用更好的GUI,实现友好的界面控制成为了可能；同时由于zigbee 无限传输技术的广泛应用，通过设计zigbee 的协议组网，使ARM 能轻易的通过的串口驱动程序实现智能家居的控制；同时，通过ARM 对万能遥控器的识别码的学习，实现了ARM 在智能家居上的多功能应用和智能家居的一体化控制。

　　2 系统设计概述

　　基于嵌入式智能家居的设计结构框图如图1 所示。主要包括以下几部分。Qt/E 及linux 系统、ARM9微处理器、zigbee 模块、语音模块、GSM 模块、串口和网络模块以及万能遥控器。

图1 智能家居设计结构框图

　　ARM9 微处理器采用Samsung S3C2440 CPU开发板，系统选择嵌入式linux 系统，其内核使用2.6.25.8 的内核，nandflash 采用256M 的内存。且由于arm 内核集成了多种外设控制模块的驱动程序，所以要对其进行必要的裁剪，串口用于连接zigbee模块。

　　Zigbee 采用TI 公司的CC24430 无线射频芯片，zigbee 有显著的低成本、低消耗、网络节点多等的无线传输功能，所以可以将一个zigbee 作为路由，通过一个zigbee 向多个zigbee 传输的功能，实现zigbee 的组网的，也有效的延长了zigbee 的传输距离。

　　网络模块采用CS8900A通过连接路由器，实现远程登入。

　　3 系统软件设计实现

　　系统采用linux 作为操作系统， 首先基于Qt/Embedded 进行图形界面的设计，再在宿主机上建立交叉编译环境，并制作yaffs 操作系统，最后将嵌入式linux 系统移植到ARM9 开发板上。系统通过设计GUI 界面，实现通过触摸屏对智能家居的一体化控制[1].文章软件部分包括嵌入式linux 操作系统的移植、系统界面设计、串口驱动和zigbee 组网设计。

　　在ARM9 和zigbee 的传输过程中，有一个智能家居的单元端接口设置。为了区别于不同家庭之间的传输，首先ARM9 会有一个各自家庭的主机ID 号设置。在一个家庭的智能化控制上，给路由功能的zigbee 设计八个端口，每个端口有一个ID 号，然后其余的连接路由的zigbee 通过接受各自ID 号的分别传输信息，最后，这些zigbee 又分别设置各自的设备号，这样就去除了干扰，实现智能家居的单独控制。

　　3.1 触摸屏和Qt/Embedded 交叉编译环境的建立

　　在建立交叉编译环境之前先要进行linux 系统移植，Linux 系统的移植主要主要包括BootLoad 移植、内核移植与裁剪以及文件系统移植等部分[2].文章选用u-boot 作为BooLload 引导程序。Linux 内核由于其公开性，很容易实现其移植和裁剪。文件系统这采用yaffs 根文件系统。

　　触摸屏和Qt/Embedded 的交叉编译环境的建立是linux 系统移植的关键部分。其步骤如下。

　　第一步是进行触摸屏校正，设计中采用tislib-1.4作为触摸屏的校正。其分为两步：（1）编译tislib,产生校正文件。（2）是下载校正文件和库文件到arm 板，实现五点校正。其编译过程如下。

第二步是Qt/E 的交叉编译。设计中Qt/E 采用qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.0.同时为了方便程序开发，需要安装X86 版和ARM 版。

　　先在PC 上使用x86 版和qvfb 开发，完成以后再使用ARM 交叉编译放到开发版上运行。所以需要先解压一次，然后重命名为qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.0-x86;再解压一次，并重命名为qt-embedded-linux-opensource-src-4.5.0-arm.Qt/E 的编译过程如下。

　　最后，设置交叉编译环境变量，进入系统控制平台vi /etc/profile.写入环境变量如下：

　　3.2 Qt/Embedded 编程

　　打开Qt Creator,进入Qt4 GUI Application,分别建立了pro、mai.cpp、dialog.cpp 和dialog.h 文件[3].智能家居的图形用户界面图2,分为如图2（a）和图2（b）所示，下面先说明图2（a）。quankai-全开按钮主要是完成控制屋内所有灯光的打开；quanguan-全关按钮主要是完成控制屋内所有灯光的关闭；woshi-卧室、chufang-厨房、keting-客厅、卫生间-卫生间主要是当按下按钮时，会进入分别控制它们安装的具体设备的窗口；tianjia-添加、shanchu-shanchu 按钮是当添加新的设备和拆除设备时的控制功能。再介绍图2（b）。下面设置了一些设备，如deng-灯、chuanglian-窗帘、menci-门磁、meiqifa-煤气阀、kongti-空调，dianshi-电视、bingxiang-冰箱、xiyiji-洗衣机，当按下如图b 的按钮时，按钮会通过槽输出一个16 进制，这个16 进制将通过串口传输给zigbee,然后触发zigbee 中的控制程序，实现控制设备的作用。

　　下面对几个重要的连接进行说明。图2（a）的说明如下：

图2 智能家居界面效果图。

（1） connect（PushButton. SIGNAL（clicked（）），this, SLOT（open（）））

　　当PushButton 按钮按下时，zhinengjiaju 对话框接受信号，并执行open（）函数，open（）函数中写如程序，让其进入下一个对话框--zhinengjiaju1.下面是部分程序：

　　图2（b）的说明如下：

　　（2）connect（PushButton.SIGNAL（clicked（）），this, SLOT（newslot（）））

　　当按下按钮PushButton 时，zhinengjiaju1 对话框接受一个信号，使newslot（）函数发出一个16 进制。下面是部分程序：

　　3.3 串口传输驱动程序

　　ARM 和zigbee 主要是通过串口实现传输。界面设计完成后，通过触摸触发按钮，使按钮输出出一个16 进制，zigbee 通过串口驱动接受到按钮传输出的数据，使zigbee 中的程序工作。下面是部分串口传输驱动程序源代码。

3.4 zigbee 组网设计

　　Zigbee 的组网主要是由zigbee 的协调器和向zigbee 的节点相互传输组成的。主要是用一个zigbee 作为路由，向这个zigbee 下载协调器的程序；再向其余的zigbee 下载节点程序，从而实现一个zigbee 控制多个zigbee 的传输过程。以下是部分的智能家居所有编写的的zigbee 的组网应用程序。

　　4 结语

　　在智能家居的设计中，一个友好的系统界面（GUI）是非常必要的，友好的GUI 界面更加方便用户的使用，也促进了系统的推广。通过ARM 和zigbee对智能家居的控制，很有效的实现无线传输控制功能，且由于ARM 可以对万能遥控器识别码的学习，可以很容易的设计出一种配合ARM 和zigbee 的遥控器，更家的完善了对智能家居的无线控制功能，更大的适应广大用户的需求。