【文章內容簡介】 高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。系統(tǒng)的網絡化功能可以提供遙控：家電（電視，空調，熱水器等）控制、照明控制、室內外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能家居控制系統(tǒng)簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應用。家居生活的智能化是當今計算機網絡與通訊技術最人性化的應用，給人們的家居生活帶來了全新的感受。今天，借助電話控制或互聯(lián)網，您幾乎可以在任何地方、任何時候監(jiān)控您的家居狀況，為您的家居生活帶來前所未有的方便。隨著社會全面的信息化、智能化和自動化，家庭智能化必將成為未來家居裝飾潮流發(fā)展的最新方向！4 / 63 系統(tǒng)設計主要任務本 文 利 用 凌陽ARM9嵌入式實驗箱，S3C2440 CPU核心板和裝有Linux系統(tǒng)或裝有Linux虛擬機的PC機一臺。 本 設 計 包 括 ： 系 統(tǒng) 硬 件 的 設 計 與 調 試 和 控 制 軟 件的 編 寫 與 調 試 。硬 件 部 分 ：智 能 家 居 控 制 系 統(tǒng) 其 硬 件 部 分 主 要 由 五 大 部 分 構 成 ， 即 GPRS模 組 、 以 太 網模 塊 、 AD轉 換 模 塊 、 S3C2440 CPU板 模 塊 與 接 口 和 電 源 部 分 。 用 戶 可 以 通 過GPRS模 組 上 的 RS232接 口 和 PC機 直 接 相 連 接 使 用 ， 通 過 AD轉 換 模 塊 檢 測 溫 度 變化 ， 電 源 部 分 則 為 各 個 部 分 提 供 工 作 電 源 。軟 件 部 分 ：軟 件 設 計 部 分 主 要 由 五 大 部 分 構 成 ： 即 Boa服 務 器 搭 建 、 Qt編 程 、 CGI程 序 編寫 ， AT命 令 集 ， GPRS初 始 化 驅 動 和 各 個 驅 動 程 序 編 寫 。5 / 632 方案論證 系統(tǒng)方案論證 控制部分方 案 一 : 采 用 普 通 MCS51單 片 機 作 為 總 的 控 制 元 件 和 信 號 處 理 單 元 。方 案 二 : 采 用 凌 陽 ARM9處 理 器 作 為 總 的 控 制 元 件 和 信 號 處 理 單 元 。比 較 論 證 : 方 法 一 MCS51單 片 機 功 能 較 少 ， 不 含 有 模 數 轉 換 等 功 能 ,因 此 需 增加 一 些 外 圍 電 路 來 實 現 模 數 轉 換 功 能 ,使 電 路 復 雜 化 ,精 確 度 不 高 ， 且 采 樣 速 率 偏低 。 而 方 案 二 簡 化 了 電 路 ， 增 加 了 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 性 。 凌 陽 ARM9處 理 器 在 設 計 方 面 提供 了 極 大 的 方 便 ， 它 的 好 處 在 于 ， 功 能 較 多 。 因 為 它 不 僅 囊 括 了 普 通 單 片 機 的所 有 功 能 ， 而 且 還 有 普 通 單 片 機 所 不 具 有 的 許 多 新 的 功 能 ， 如 : A/D、 D/A轉 換 ， 語 音 等 ,另 外 還 提 供 了 便 利 的 編 程 環(huán) 境 。 顯示部分方 案 一 : 采 用 數 碼 管 顯 示 。方 案 二 : 用 LCD顯 示 器 顯 示 。比 較 論 證 : 就 我 們 的 需 要 而 言 LED顯 示 內 容 單 一 ,不 易 產 生 生 動 具 體 的 圖 文 ,而LCD顯 示 器 則 給 我 們 提 供 了 更 大 的 發(fā) 揮 空 間 ,看 起 來 舒 服 自 然 ,而 且 能 增 加 顯 示 的 美觀 性 與 直 觀 性 。 最 重 要 的 是 提 供 了 友 好 的 人 機 界 面 。 服務器部分 方 案 一 : 采 用 TCP或 UDP服 務 器 。 方 案 二 ： 采 用 boa服 務 器 。比 較 論 證 ： 方 案 一 雖 然 可 行 ， 雖 搭 建 容 易 但 移 植 和 執(zhí) 行 比 較 困 難 ， 而 方 案二 則 不 同 ， Boa 是 一 款 單 任 務 的 HTTP 服 務 器 , 與 其 他 傳 統(tǒng) 的 Web 服 務 器 不 同 的是 ， 當 有 連 接 請 求 到 來 時 , 它 并 不 為 每 個 連 接 單 獨 創(chuàng) 建 進 程 , 也 不 通 過 復 制 自 身 進程 來 處 理 多 鏈 接 , 而 是 通 過 建 立 HTTP 請 求 列 表 來 處 理 多 路 HTTP 連 接 請 求 , 同 時它 只 為 CGI 程 序 創(chuàng) 建 新 的 進 程 , 這 樣 就 在 最 大 程 度 上 節(jié) 省 了 系 統(tǒng) 資 源 , 這 對 嵌 入6 / 63式 系 統(tǒng) 來 說 至 關 重 要 。 系統(tǒng)總體設計和分析 遠程控制利用 IE 瀏覽器訪問 boa 服務器，通過在瀏覽器終端點擊不同 button，使boa 服務器調用不同的 cgi 腳本程序，完成對住宅內設備信息的讀取及控制等操作，從而完成對住宅的管理。 （如圖 ~圖 ）圖 (登錄界面)7 / 63圖 (系統(tǒng)設置平臺) 本地控制在本地用 QT 方法實現 UI,并完成對住宅內設備信息的讀取及控制等操作，從而完成對住宅的管理。 總體分析本設計屬于嵌入式應用系統(tǒng)設計。確定嵌入式控制系統(tǒng)設計總體方案，是進行系統(tǒng)設計最重要、最關鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個控制系統(tǒng)的性能及實施細則?？傮w方案的設計主要是根據被控對象的任務及工藝要求而確定的。設計方法大致如下：根據系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)類型。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好的被測參數的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機構，執(zhí)行機構是微控制系統(tǒng)的8 / 63重要組成部件之一。執(zhí)行機構的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據被控對象的實際情況確定。選擇輸入/輸出通道及外圍設備。選擇時應考慮以下幾個問題：被控對象參數的數量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數據的傳遞速率；各通道數據的字長及選擇位數；對顯示、打印有何要求。 系統(tǒng)框圖本控制系統(tǒng)是 32 位 ARM 處理器在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應用，其特點是體積小，成本低，功能強，功耗低，是微機應用產品化的最佳機種之一，它已廣泛地應用在產品智能化和工業(yè)自動化上。而把微處理器面向工控領域對象，嵌入到工控應用系統(tǒng)中，實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。本設計系統(tǒng)框圖如圖 所示：溫濕傳感模組GPRS 模組LED 顯示模組紅外傳感模組 LCD 觸摸屏IE 瀏覽器BOA 服務器CGI 接口S3C2440CPU（系統(tǒng)框圖）9 / 633 硬件電路設計 硬件資源和模塊介紹 CPUS3C2440 介紹S3C2440A 是韓國三星公司推出的 16/32 位 RISC 微控制器，其 CPU 采用的是 ARM920T 內核。（1）特點：1）具有 PLL 時鐘發(fā)生器，主頻最高可達 533M。2）內核 供電最高 400M, 供電最高 533M。3）存儲器支持 、。4）I/O 均支持 供電。5）s3c2440 為單機器周期執(zhí)行指令集。6）具有電源管理功能，可以使系統(tǒng)以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產品功耗。（2）內核結構：采用 ARM920T 內核，具有 16KB 指令 Cache、16KB 數據 Cache 和存儲器管理單元 MMU，指令高速存儲緩沖器（ICache ） ，數據高速存儲緩沖器（Dcache）提高指令執(zhí)行效率及數據存儲效率，減少主存帶寬和響應性帶來的影響，加強的 ARM 體系結構 MMU，用于支持 winCE、linux 等操作系統(tǒng)，內部高級微控制總線（AMBA）體系結構（， AHB/APB） 。（3）存儲器控制器特性：1）S3C2440 采用總線結構管理片上外設及內存。2）S3C2440 的存儲器管理器提供訪問外部存儲器的所有控制信號。3）27 位地址信號、32 位數據信號、8 個片選信號、以及讀/寫控制信號等。4）總共有 8 個存儲器 bank（bank0 —bank7） ，其中，bank0bank5 為固定128MB，bank6 和 bank7 的容量可編程改變，可以是136128MB，最大共 1GB。bank0 可以作為引導 ROM，其10 / 63數據線寬只能是 16 位和 32 位，其它存儲器的數據線寬可以是 8 位、16 位和32 位。5）8 個存儲器 bank:bank0bank5：SRAM、ROM。Bank6—bank7：SRAM、ROM SDRAM。6）s3c2440 支持兩種啟動方式：NOR FLASH 啟動，即代碼直接寫入 NOR FLASH，運行時直接在 NOR FLASH 上運行。NAND FLASH 啟動方式，即代碼燒到 NAND FLASH 中，借助片內 4K的 sram，將代碼由 NAND FLASH 烤到 SDRAM 中，在 SDRAM 中運行。7）所使用的 Sunplus S3C2440 Board 說明圖 如下： 11 / 63圖 （S3C2440 說明圖） GPRS 無線模組的介紹GPRS 模組采用 SIM300 通訊芯片，利用無線移動網絡實現語音傳輸和點對點數據傳輸。同時，模組內具備 TCP/IP 協(xié)議棧，可以直接利用它實現無線上網。模組使用標準的 UART 串行通信接口與主芯片進行通信，可以與任何帶有通用 UART 串行通信接口的控制器進行連接。該模組具有以下特性：（1）支持 EGSM900M， DCS1800M，PCS1900M 三種頻段，兼容 GSM Phase 2/2+。（2）集成 PAP 協(xié)議，可供 PPP 連接使用。（3）集成 TCP/IP 協(xié)議，方便實現上網功能。（4）支持包交換廣播控制通道（PBCCH） 。（5）無限制的輔助服務數據支持（USSD） 。GPRS 模組使用標準串口與主控制器進行通訊。模組帶有一個 10 針的接口，該接口可以和 MCU 相連接也可以通過模組上的 RS232 接口和 PC 機串口相連接。GPRS 模組需通過 J4 的電源開關信號（PWRKEY）輸入引腳向 GPRS 模組輸入如圖 所示的上電時序 GPRS 才能被啟動，啟動后 GPRS 的信號指示燈會閃爍。也可以手動按下 GPRS 模組上的 ON/OFF 按鍵，大約 2 秒之后松開，GPRS 模組亦可以被啟動。PowerONNNNNN ON15000msmms圖 （GPRS 上電時序圖）12 / 63GPRS 模組實物圖 如下： 圖 (GPRS 模組實物圖)當 GPRS 模組啟動之后，就可以利用 AT 指令通過 UART 接口實現數據和語音的通信功能；GPRS 的核心芯片 SIM300 通訊芯片的原理圖 如下：圖 （SIM300 芯片原理圖）13 / 63GPRS 模組的部分接口電路如下圖 ：圖 （GPRS 模組接口電路）連接 GPRS 模組到開發(fā)板的 J15（GPRS ）接口上，注意順序（實驗箱的12V 接模組的 VCC，IOB0 接 PWRKEY……，GND 接 GND）插接，且不可插反或錯位；斷開 JPJP8 的所有跳線；斷開手柄接口與手柄的連接；配置GPRS；如連接耳麥和天線。J 5 J P 1圖 （GPRS 模組跳線連接圖） 溫濕度傳感器（SHT10）的介紹SHT1x (包括 SHT10, SHT11 和 SHT15) 屬于 Sensirion 溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，校準系數以程序形式儲存在 OTP 內存中，用于內部的信號校準。兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。SHT1x ：14 / 63實物圖如圖 ：圖 (sht10 實物)接口定義如圖 ：引腳 名稱 描述1 GND 地2 DATE串行數據3 SCK 串行時鐘，輸入口4 VDD 電源NC NC 必須為空圖 （接口定義圖）SHT1x 的供電電壓范圍為 , 建議供電電壓為 。在電源引腳（VDD,GND ）之間須加一個 100nF 的電容，用作去耦濾波。如圖 ：圖 （SHT10 的連接圖）傳感器不能按照 I2C 協(xié)議編址，但是，如果 I2C 總線上沒有掛接別的元件，傳感器可以連接到 I2C 總線上，但處理器必須按照傳感器的協(xié)議工作。15 / 63SCK 用于微處理器與 SHT1x 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小 SCK 頻率。DATA 引腳為三態(tài)結構，用于讀取傳感器數據 。當向傳感器發(fā)送命令時, DATA 在 SCK 上升沿有效且在 SCK 高電平時必須保持穩(wěn)定。 紅外傳感器的介紹（1）紅外技術在現代科技、國防和工農業(yè)等領域獲得了廣泛的應用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，按照