智能家居系统的设计与实现54.docx

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1、智能家居系统的设计与实现541绪论2系统设计方案2.1 硬件总体设计框图根据上文的功能需要，设计出由ARMIO为操纵核心，单片机操纵的家电操纵模块与传感器报警模块,同时包含GSM通信模块的智能家居系统，硬件结构框图如图2-1所示。SHAPE*MERGEFORMAT图21硬件设计框图2.2 操纵核心选择智能家居操纵系统使用如图22所示的XSBaSe270作为开发平台，该平台基于InteI高性能的PXA270处理器，支持WindOWSCEtJ1JnUX等嵌入式操作系统，是针对教学与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Wire1eSSMXX技术，大大

2、的提高了多媒体处理能力，而且加入了InteISPeedSteP动态电源管理技术，在保证CPU性能的前提下，最大限度的降低设备功耗U1XSBaSe270配置32MF1ASHRoM,64MSDRAM,并配备了触摸屏、以太网、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接11。满足了智能家居系统操纵中心的硬件要求。图2-2XSBaSe270实验箱展开图2.3 家电操纵板家电操纵板使用AT89C51为操纵核心。扩展板的元件布局如图2-3所示，其上有四盏1ED分别模拟四种家电，三个按钮模拟三种传感器。其中四盏1ED分别连接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三个按钮分别连接P2.0、P2.1、

3、P2.2。图23家电操纵模块2.3.1 串行端口电路家电操纵板使用串11与XSBase270实验箱进行通信，其使用了经典的兼容RS-232标准的MAX232芯片作为串11的电平转换芯片。电路的连接如图2-4所示：,AIP1OP1.IP12P1.JP14PI.5P1.6P1.7RsrPOPX1P2PX3P4P5P6PX7X1AT1X1AT2GNDTJNS5XCOI234S67AEN76S3?21OEpaPO1papapapapapaE.u9p2.p2.p2.p2.pzp1p2.p2.图2Y家电操纵板串行接II电路如上图所示，家电扩展板使用的是常用的DB9头作为串口接口，其针脚定义图如图2-5所示

4、:图2-5RS-232DB9头针脚定义图其中2脚RXD为接收引脚，3脚TXD为发送引脚，GND为信号地引脚。通常情况下普通串口只接这几个引脚；特殊的串【I,如蓝牙串口除接上述的三个脚之外，还接了DSR引脚与CTS引脚，是由于蓝牙串口的数据流输出使用这两个脚的信号操纵：而其他引脚是跟MoDEM有关的。在智能家居系统中，家电操纵板接普通串口，GSM模块接蓝牙串【I。RS-232信号相关于信号地而言，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与-15V之间。无数据传输时，线上为TT1电平。接收器典型的工作电平在+3V+12V与-3V-12V0由于发送电平

5、与接收电平的差仅为23V左右，因此其共模抑制能力差，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20kbs。MAX232包含2个驱动器、2个接收器与一个电压发生器电路，提供TIAEIA232F电平。该器件符合TIAEIA-232F标准，每一个接收器将TIAEIA-232F电平转换成5VTT1/CMoS电平。每一个发送器将TT1CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。H区叵区叵叵SV.SC2.C2-工MAX2X回回E2.3.2 家电操纵电路图2-7模拟家电操纵电路家用电器操纵的接11电路如图2-7所示，K1K4为继电器，分别操纵四路家电的闭合与断开，Q1Q4为继电器线圈电

6、流驱动，电路由单片机的PI口进行操纵，DDIDD4发光二极管用于显示某路操纵电路的工作情况，要紧为了调试电路而设置。2.3.3 传感器接口电路图2-8传感器接口电路图烟雾、煤气泄漏、红外等这些传感器的报警信号通过光电耦合接入单片机的P21=1,如图28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，如今光电耦合芯片导通，与之相接的单片机端11为高电平，由单片机对报警信号进行采集并做出相应处理。图29西门子MC352.5 视频监控模块视频采集模块使用使用中星微(VimiCro)公司的ZC0301P芯片的摄像头，ZC0301P

7、芯片可支持USB1.1接I1硬件最高支持VGA分辨率(640x480)。在VGA模式下可达到15帧/秒速率，在CIF(352x288)与SIF(320240)模式下可达到30帧/秒速率。它通过USB接11连接到XSBaSe270试验箱。图2-10301P摄像头2.6 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:科能家居软件系统串口通信实时视频监控以太网通信家电捽制系统GSM网络通信ARM服务器端PC客户端图2T1软件设计框图其中:、（1）家电操纵系统1jGSM网络通信各自独占一个RS-232串II。家电操纵系统接XSBaSe270的红外串口，GSM模块

8、接蓝牙串I1如图2T2所示。（2）实时视频监控通过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。图2-12红外串口与蓝牙串口智能家居系统的软件基于WindoWSCE5.0报入式操作系统,WindOWSCE被设计成一种分层结构，从下而上一共分为了硬件层、OEM层、操作系统层与应用层共四个层口】。这种层次的结构将硬件与软件，操作系统与应用软件隔离开，以便于实现系统的移植。智能家居的软件设计要紧是集中在应用层。3操作系统的定制WindowsCE5.0嵌入式操作系统的定制依靠P1atformBui1der5.0完成。P1atformBUi1der是微软公司设计的用于嵌入式操作平

9、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能够更好的将嵌入式操作系统移植到特定的目标平台上。3.1 BSP的安装为了让WindoWSCE5.0能在实验箱上运行起来，还务必安装XSBaSe270的板级支持包（BSP）.板级支持包是介于主板与操作系统中驱动程序之间的一层，通常认为它属于操作系统的一部分，要紧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WindowsCE.net5.01JP1atformBui1der5.0后，打开实验箱附带光盘中的BSP文件夹,运行XSBaSe27（1Vo1O1O6.msi文件，安装XSBaSe270的BSP。如图

10、3-1所示。图31BSP安装程序文件安装好BSP后，进入P1atformBui1der5.0中定制基于”EMDRSYSTEMSXSBASE270:ARMV41”的因特网应用类型的系统镜像设计。如图3-2所示。3.2 添加平台特征与配置平台为了使系统在定制后能够满足基本的应用，并保证对某些设备的支持，就要向所设计的平台中添加必要的特征。(1)添加USBActiVeSynC(FiIeSynC)组件。只有添加此组件，才能使用PC的USB接口与WindowsCE进行文件同步。这也是在应用软件调试过程中所务必的条件。(Cata1og-CoreOS-WindowsCEdevices-App1ication

11、s-EndUser-ActiveSync-Fi1eSync)(2)添加ChineSeSimp1ifiedFont.安装中文简体字体后，才能正常显示中文。(Cata1og-CoreOS-WindowsCEdevices-Internationa1-1oca1eSpecificSupport-ChineseSimpified-Fonts)(3)添加文件系统支持。(Cata1og-CoreOS-WindowsCEdevices-Fi1eSystemsandDataStore-StorageManager-FATFi1eSystem)(Cata1og-CoreOS-WindowsCEdevices-F

12、i1eSystemsandDataStore-StorageManager-PartitionDriver)CoreOS-WindowsCEdevices-Fi1eSystemsandDataStore-StorageManager-StorageManagerContro1Pane1App1et)(6)添加基于软件的输入系统(软键盘等)(Cata1og-CoreOS-WindowsCEdevices-She11andUserInterface-UserInterface-SoftwareInputPane1-Software-basedInputPane1(SIP)(Choose1ormor

13、e)-SIPfor1argeScreens)(7)添加平台管理器(PIatfOrmManager)(Cata1og-P1atformManager-P1atformManager)(8)添加UsbActiveSync(USBFunction)(Cata1og-ThirdParty-BSPs-EmdoorSystemsXSBase270:ARMV4I-DeviceDrivers-USBFunction-USBFunctionBusDrivers-PXA27xUSBFunction)图3-3选择操作系统默认语言在Bui1dOption列表中，只选择Enab1eEbtSpaceinMemory(IM

14、GEBOOT=1)1jWriteRun-timeImagetoF1ashMemory(IMGF1ASH=I)两项。如图3-4所示。图3-4程序组建选项设置单击Bui1dOS菜单下的Sysgen”开始组建操作系统。如图3-5所示:atforaBui1decojctByi1dOS工o。IXIindsrHe】PJJSWnBui1dandSysnvBj1dSy“enCurrentBSPBforBui1dingCspyFi1stoDirectoryAftrBui1dktRun-TiIntAftrBui1dCopyFi1sIoDirtctory峥MrTi”I*tce均S1pBui1d图3-5生成操作系统镜

15、像3.3 红外串口与蓝牙串口的打开经测试，在默认配置下生成的系统镜像，只打开了位于XSBaSe270模块板上的全功能调试串口，而位于接口扩展板上的红外串口与蓝牙串口并没有被打开。为了能够与家电操纵板与GSM模块连接，实现完整的智能家居系统的功能，务必将它们打开。（1）查找中断号中断号的定义是在试验箱所提供的板级支持包中被配置的。!defineSYSINTRAUDIO(SYSINTRFIRMIARE+9)/25!defineSYSIHTR.USBFN(SYSINTR.FIRMIARE+10)/26defineSYSINTRFFUART(SYSINTRFIRMfARE+13)/29!defineSYSINTRBFUART(SYSINTRFIRMfARE+12)/28