嵌入式系統(tǒng)論文無(wú)線智能家居系統(tǒng)(編輯修改稿)
2024-07-23 15:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 銷，以8位機(jī)為主，帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式會(huì)長(zhǎng)期存在下去。另外，計(jì)算機(jī)專業(yè)人士會(huì)愈來(lái)愈多地介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，但囿于對(duì)象專業(yè)知識(shí)的隔閡，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、商務(wù)電子等方面，不可能替代原來(lái)電子工程師在控制、儀器儀表、機(jī)械電子等方面的嵌入式應(yīng)用。因此，客觀存在的兩種應(yīng)用模式會(huì)長(zhǎng)期并存下去，在不同的領(lǐng)域中相互補(bǔ)充。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式應(yīng)從計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)模式中，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)模式應(yīng)從電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性、基本的外圍電路設(shè)計(jì)方法和對(duì)象系統(tǒng)的基本要求等。 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端由于嵌入式系統(tǒng)有過(guò)很長(zhǎng)的一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路，大多是基于8位單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)最底層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，帶有明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式特點(diǎn)。大多數(shù)從事單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)人員，都是對(duì)象系統(tǒng)領(lǐng)域中的電子系統(tǒng)工程師，加之單片機(jī)的出現(xiàn)，立即脫離了計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域，以“智能化”器件身份進(jìn)入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，沒(méi)有帶入“嵌入式系統(tǒng)”概念。因此，不少?gòu)氖聠纹瑱C(jī)應(yīng)用的人，不了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系，在談到“嵌入式系統(tǒng)”領(lǐng)域時(shí)，往往理解成計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的，基于32位嵌入式處理器，從事網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體等的應(yīng)用。這樣，“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩個(gè)獨(dú)立的名詞。但由于“單片機(jī)”是典型的、獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的嵌入式系統(tǒng)，從學(xué)科建設(shè)的角度出發(fā)，應(yīng)該把它統(tǒng)一成“嵌入式系統(tǒng)”?？紤]到原來(lái)單片機(jī)的電子系統(tǒng)底層應(yīng)用特點(diǎn)，可以把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用分成高端與低端，把原來(lái)的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用，含義為它的底層性以及與對(duì)象系統(tǒng)的緊耦合。l 第四章：嵌入式系統(tǒng)的組成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡(jiǎn)單，如手機(jī)上的一個(gè)微小型的電機(jī)，當(dāng)手機(jī)處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)打開；也可以很復(fù)雜，如ＳＯＮＹ智能機(jī)器狗，上面集成了多個(gè)微上控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動(dòng)作和感受種狀態(tài)信息。下面對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成進(jìn)行介紹。 硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ＲＯＭ中。 中間層硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板級(jí)支持包（Board Support Package,BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無(wú)需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。實(shí)際上,BSP是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。 系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Realtime Operation System,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。l 第五章：無(wú)線智能家居設(shè)計(jì) 無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能文中提出的基于ARM9 的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)主要包括ARM9 核心控制模塊，無(wú)線通信模塊、LCD 觸摸屏模塊和家居電器，另外還有傳感檢測(cè)，語(yǔ)音報(bào)警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模型 圖如圖1 所示。其中ARM 是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)GPRS 和ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器進(jìn)行綜合監(jiān)控，同時(shí)提供防火墻的功能，阻止外界對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備的非法訪問(wèn)和攻擊。無(wú)線通信模塊分為本地和遠(yuǎn)程兩部分，本地通信主要通過(guò)新型的ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達(dá)到對(duì)其控制；遠(yuǎn)程通信是利用手機(jī)通過(guò)GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)或利用計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進(jìn)而達(dá)到對(duì)家居電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。采用無(wú)線通信技術(shù)省去了布線使家居布局更加靈活，遠(yuǎn)程控制使家居電器工作更加貼近人們的工作和生活要求。智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括：①家居電器的綜合監(jiān)控：對(duì)所控制的家居電器進(jìn)行開關(guān)、工作參數(shù)的設(shè)置和工作狀態(tài)的檢測(cè)。②室內(nèi)環(huán)境信息采集：采集家居環(huán)境的溫度、濕度信息和煤氣、煙氣等有毒氣體的檢測(cè)。③自動(dòng)報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標(biāo)，或檢測(cè)到有陌生人強(qiáng)行開啟室門或進(jìn)入室內(nèi)時(shí)就自動(dòng)報(bào)警，告知居室主人。④本地控制：用戶在本地可通過(guò)計(jì)算機(jī)或家居電器本身的操作鍵對(duì)家居電器進(jìn)行監(jiān)控。⑤遠(yuǎn)程控制：用戶遠(yuǎn)程可以通過(guò)手機(jī)短息或互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家居電器進(jìn)行控制或工作狀況查詢。⑥安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對(duì)某設(shè)備進(jìn)行操作，或某設(shè)備工作狀態(tài)異常時(shí)，系統(tǒng)將立即通知主人，以達(dá)到安全和防盜的目的。 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9 微處理器、GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)、ZigBee通信技術(shù)、LCD 觸摸屏、語(yǔ)音報(bào)警和電源等模塊組成。 ARM9 微處理器微處理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微處理器, 采用了ARM920T 的內(nèi)核， 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，最高主頻可以達(dá)到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16Kb 指令Cache和16Kb 數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都是由具有8 字長(zhǎng)的行組成。通過(guò)提供
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