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智能家居系统的设计与实现的论文

发布人: 沙皇国际登录 来源: 沙皇国际平台 发布时间: 2020-09-16 12:35

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  智能家居系统的设计与实现的论文 摘 要:本文讨论了基于 windows 嵌入式操作系统,以使用 intel xscale270 为 cpu 的 arm10 嵌入式实验箱为硬件基础,以 visual studio 2005 和 delphi 为软件开发平台的智能家居系统的 设计与实现。通过详细的系统设计过程,开发了相应的软件程序,包括嵌入式操作系统 windows ce 的定制、应用程序的界面设计、程序开发和单片机系统的底层编程。本设计融 合了嵌入式系统、通讯、单片机、软件开发等学科的知识。系统测试结果表明,该系统设计 基本满足要求,并有一定的功能扩展空间。 关键词:智能家居,嵌入式系统,windows ce,visual c++,delphi 1 绪论 目前,科学技术发展迅速,借助飞速发展的网络和信息技术,人们可以足不出户地纵览 全球。为了适应信息化的需求,科研机构将智能化的引入小区管理,并进一步引入家庭, 从而产生了智能家居的概念。将手机通信和以太网通信技术引入智能家居的设计,恰好利用 了现有的良好的通信条件,使在外的业主能及时了解家中的安全,提高业主的安全感,而且 通过手机实时控制家电,提高了业主生活的舒适度。 本文提出了基于嵌入式系统 arm10 的智能控制平台的设计,功能包括了短信控制家电, 传感器探测非正常并且通过手机短信告知业主,以及以太网实时视频等功能。 2 系统设计方案 硬件总体设计框图 根据上文的功能需要,设计出由 arm10 为控制核心,单片机控制的家电控制模块和传 感器报警模块,并且包含 gsm 通信模块的智能家居系统,硬件结构框图如图 2-1 所示。 控制核心选择 智能家居控制系统采用如图 2-2 所示的 xsbase270 作为开发平台,该平台基于 intel?高 性能的 pxa270 处理器,支持 windows ce 和 linux 等嵌入式操作系统,是针对教学和实验的 多功能实验平台。 pxa270 处理器的最高主频可达 520mhz,且该处理器被加入了 wireless mxx 技术,大大 的提高了多处理能力,而且加入了 intel speedstep 动态电源管理技术,在 cpu 性能 的前提下,最大限度的降低设备功耗[1]。 xsbase270 配置 32m flash rom,64m sdram,并配备了触摸屏、以太网、usb、串口、cf/mmc、 pcmcia 等接口。满足了智能家居系统控制中心的硬件要求。 家电控制板 家电控制板采用 at89c51 为控制核心。扩展板的元件布局如图 2-3 所示,其上有四盏 led 分别模拟四种家电,三个按钮模拟三种传感器。其中四盏 led 分别连接单片机的、、、;三个 按钮分别连接、、。 串行端口电 家电控制板采用串口与 xsbase270 实验箱进行通信,其采用了经典的兼容 rs-232 标准的 max232 芯片作为串口的电平转换芯片。电的连接如图 2-4 所示: 如上图所示,家电扩展板采用的是常用的 db9 头作为串口接口,其针脚定义图如图 2-5 所示: 其中 2 脚 rxd 为接收引脚,3 脚 txd 为发送引脚,gnd 为信号地引脚。一般情况下普通 串口只接这几个引脚;特殊的串口,如蓝牙串口除接上述的三个脚之外,还接了 dsr 引脚和 cts 引脚,是因为蓝牙串口的数据流输出采用这两个脚的信号控制;而其他引脚是跟 modem 相关的。在智能家居系统中,家电控制板接普通串口,gsm 模块接蓝牙串口。 rs-232 信号相对于信号地而言,在正负电平之间摆动。发送数据时,发送端输出的正电 平在+5v 到+15v 之间,负电平在-5v 和-15v 之间。无数据传输时,线上为 ttl 电平。接收器 典型的工作电平在+3v~+12v 与-3v~-12v。由于发送电平和接收电平的差仅为 2~3v 左右,所 以其共模能力差,加上双绞线的分布电容,信号传输距离最大为 15m,最高速率为 20kb/s[2]。 max232 包含 2 个驱动器、2 个接收器和一个电压发生器电,提供 tia/eia-232-f 电平。 该器件符合 tia/eia-232-f 标准,每一个接收器将 tia/eia-232-f 电平转换成 5v ttl/cmos 电平。每 一个发送器将 ttl/cmos 电平转换成 tia/eia-232-f 电平。 家电控制电 家用电器控制的接口电如图 2-7 所示,k1~k4 为继电器,分别控制四家电的闭合 和断开,q1~q4 为继电器线圈电流驱动,电由单片机的 p1 口进行控制,dd1~dd4 发光 二极管用于显示某控制电的工作情况,主要为了调试电而设置。 传感器接口电 如图 2-8 所示,在传感器没有报警信号时,光电耦合芯片处于截止状态,与之相接的 单片机端口为低电平;当传感器有报警,传感器输出高电平,此时光电耦合芯片导通,与之 相接的单片机端口为高电平,由单片机对报警信号进行采集并做出相应处理。 gsm 通信模块 gsm 通信部分采用如图 2-9 所示的西门子 mc35 gsm/gprs 无线模块作为通信工具。它支 持 egsm900 和 gsm1800 双频,支持数字、语音、短消息和传真,使用 at 指令控制发送短消 息。它采用 9v 直流电源供电,通过 rs-232 串行端口与 xsbase270 试验箱连接进行通信。 视频模块 视频采集模块采用使用中星微(vimicro)公司的 zc0301p 芯片的摄像头, zc0301p 芯 片可支持 usb 接口,硬件最高支持 vga 分辨率(640×480)。在 vga 模式下可达到 15 帧/秒速 率,在 cif(352×288)和 sif(320×240)模式下可达到 30 帧/秒速率。它通过 usb 接口连接 到 xsbase270 试验箱。 总体软件设计方案 根据智能家居的硬件设计方案,设计出软件的总体设计方案如图 2-11 所示: 其中:、 (1)家电控制系统和 gsm 网络通信各自独占一个 rs-232 串口。家电控制系统接 xsbase270 的红外串口,gsm 模块接蓝牙串口。如图 2-12 所示。 (2)实时视频通过 usb 摄像头捕捉图像,图像数据通过以太网发送到 pc 客户端进 行图像还原。 (3)以太网通信基于 tcp/ip 协议,测试为局域网,若投入到因特网的应用,则需 要在服务端、客户端所在的局域网连接到因特网的网关——即由器上,要进行端口映射, 才可以进行网络的连接。 智能家居系统的软件基于 windows ce 嵌入式操作系统。windows ce 被设计成一种分层 结构,从下而上一共分为了硬件层、oem 层、操作系统层和应用层共四个层[3]。这种层次 的结构将硬件和软件,操作系统和应用软件隔离开,以便于实现系统的移植。智能家居的软 件设计主要是集中在应用层。 3 操作系统的定制 windows ce 嵌入式操作系统的定制依靠 platform 完成。platform builder 是微软公司设 计的用于嵌入式操作平台定制与驱动程序的开发的工具。推出它的目的之一就是让用户可以 更好的将嵌入式操作系统移植到特定的目标平台上。 bsp 的安装 为了让 windows ce 能在实验箱上运行起来,还必须安装 xsbase270 的板级支持包(bsp)。 板级支持包是介于主板和操作系统中驱动程序之间的一层,一般认为它属于操作系统的一部 分,主要是对操作系统的支持,为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包。 在 pc 上安装好 windows 和 platform 后,打开实验箱附带光盘中的 bsp 文件夹,运行 xsbase270_文件,安装 xsbase270 的 bsp。如图 3-1 所示。

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