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網絡化智能家居系統(tǒng)設計目標(編輯修改稿)

2025-07-27 08:10 本頁面
 

【文章內容簡介】 智能家電、WWW 方式監(jiān)控界面、在線更新……4. 網絡攝像機:在遠程瀏覽器上可以進行視頻監(jiān)控;5. 家庭網關:非 INTERNET 協(xié)議的輕量級設備聯(lián)網的轉換器;5 / 25 智能燈光控制器 背景信息隨著人們生活質量的提高,燈具已不單純是實現(xiàn)室內基本照明的工具,而且是建筑裝飾的一種實用藝術品。當家里有各式各樣的燈具之后,將它們精心地搭配在一起,并且達到最適合氣氛的效果是高品質生活的需要。同時目前燈光的控制主要還是手動形式,逐個地去控制所有的燈具,這樣不僅麻煩而且效率低下,也不符合現(xiàn)代舒適生活的標準。因此,一個可以對燈光進行方便的控制,同時提供場景組合等功能的智能化燈光系統(tǒng)不僅具有實用價值,而且市場前景也相當廣闊。 設計目標設計一個智能化燈光控制器,安裝在家中的各個房間,提供輕觸式燈光控制、紅外遙控、場景組合、預設存儲等豐富功能。通過面板上的輕觸按鈕,可以控制燈光的開關和亮度,或者使多盞燈光進入某種預設的場景;也可以通過手持遙控器來控制住宅內所有的燈光。通過遙控器上的場景設置按鍵,可以方便地設定燈光場景和迅速切換。系統(tǒng)分為接收外來控制信號和執(zhí)行控制操作兩部分。為了接收控制信號,系統(tǒng)需具備紅外接收功能,按鍵輸入面板。為了對燈具執(zhí)行控制,需要設計220V 調光控制電路。利用 MC68HC908SR12 的 FLASH 在線刷新(ISP)能力,我們設計了一套可重用的內核(包含 BIOS 與 OS) ,通過與內核的交互可以方便地在線下載應用層的程序。應用層的程序包括以下功能:開關面板按鍵輸入判斷、紅外遙控器接收、預設場景存儲、調光可控硅控制。由于 MC68HC908SR12 具有豐富的外圍接口資源,并有著很高的可靠性和運算速度,非常適合于該款產品的設計。 功能特性1. MCU 采用 Motorola 的 MC68HC908SR12;2. RS485 總線型網絡,通訊波特率 19200;3. 輸入:輕觸按鍵,紅外遙控器。 4. 輸出:開關輸出,調光輸出;5. 采用簡單的實時多任務內核;6. 網絡化的開關按鈕控制,可以通過 Windows 版本軟件任意設定;7. 多種場景的設置,存儲,及執(zhí)行。6 / 25三、硬件描述整個系統(tǒng)的核心由 MC68HC908SR12 構成。它的內部框圖如 圖 3 所示:圖 3 MC68HC908SR12 內部框圖對于以太網網關終端(ESWeb)和智能燈光控制器(ESLight)的設計,選擇 MC68HC908SR12 作為核心處理器是基于以下理由:1. 較低的成本:由于是家用設備,對成本非常敏感;而 SR12 不到$ 美金的價格,單芯片的解決方案,使得整體成本可以降低;2. 適用的功能:通過 ESWeb 實現(xiàn)基于 Web 瀏覽器的網絡遠程控制界面相對簡單,用高端處理器或者 PC 來實現(xiàn)顯得不夠經濟;我們編寫的TCP/IP 協(xié)議棧約占用 7KB FLASH 和 380 Bytes RAM,SR12 完全可以滿足這一需求并有富余。此外,高達 8MHz 的總線頻率使得它和其他MCU 相比具有較強的處理能力,經過實測,在以太網上傳輸 HTML 頁面并沒有感到特別的延遲;對于 ESLight 來說,需要 10KB~12KB 的7 / 25空間來存儲代碼和配置信息,SR12 恰好能滿足這一需求。3. 在線升級能力:對于 ESWeb,由于每個家庭的設備情況不一樣,要能根據實際情況形成不同的網頁控制頁面;而 MC68HC908 系列的芯片均支持 FLASH 的在線編程能力,我們設計了一套運行在 Windows 環(huán)境的配置軟件,可以根據每個家庭的情況定制不同的 HTML 頁面下載到SR12 芯片上;對于 ESLight,可以在線下載關聯(lián)定義、場景配置、遙控器接收定義等信息,這些信息可以在掉電后存儲。4. 足夠的器件資源:SR12 具有多達 31 個 GPIO,可以很方便地和以太網控制器 RTL8019AS 相連接;剩余接口可以用來擴展傳感器、鍵盤、功率輸出等接口;內置的溫度傳感器和 10bit AD 轉換器可以用來采集溫度和模擬量數據;通過時鐘單元的輸入捕獲功能,還可以實現(xiàn)對水、電、氣三表的脈沖輸出采集。在 ESLight 的設計中,由于需要對可控硅進行控制,一方面,需要精確地獲取 220V 交流電中的過零信息,另一方面,也需要通過定時器控制可控硅的開關時間,SR12 的兩個 IRQ 以及兩個定時器能很好地滿足兩路調光控制器的設計要求。5. 安全可靠:系統(tǒng)要有非常高的可靠性,不易出現(xiàn)誤動作,例如,在燈光系統(tǒng)中,由于和 220V 交流電距離很近,不能受到交流電的影響。由于MC68HC908 系列的芯片在穩(wěn)定性和抗干擾能力方面表現(xiàn)不俗,所以能極好地滿足這一要求。接下來,將分別描述兩個節(jié)點的硬件設計細節(jié)。 以太網網關終端 硬件框圖MCUMC68HC908SR12PLL ()D(7..0)A(2..0)EtherRTL8019AS20MHzIORIOWIsolation TransformerRJ45 ConnectorLED: Power, Link, LANKeyPad(16Keys)Control NetworkMAX487Digital/Analog InputFor sensors statusEEPROM24LC256RJ11ConnectorSCIGPIO I2CGPIOLEDADDC 5V Power Supply8 / 25圖 4 信息終端模塊硬件系統(tǒng)框圖 硬件由以下幾部分組成:1. 單片機及其外圍器件,主要是:MC68HC908SR1PLL ( 晶體等) 、LED 指示燈;2. 以太網控制器部分,主要是 RTL8019AS、耦合變壓器、RJ45 插座、20MHz 晶體;3. 外置存儲器,由一片 I2C 接口的 EEPROM 構成。通過 SR12 內置的 I2C接口連接;4. 家庭控制網絡連接部分,由 MAXIM 公司的 MAX48RJ11 插座構成。5. 外部接口,16 鍵按鍵鍵盤、4 路模擬量輸入、4 路數字量輸入、2 路脈沖量輸入;6. 電源部分,由一片 7805 提供 5V 的直流電壓。 電路原理圖9 / 25圖 5 RTL8019AS 部分電路10 / 25圖 6 RS485 電平轉換部分的電路圖 智能燈光控制器 硬件框圖圖 7 智能燈光控制器的原理框圖硬件由以下幾部分組成:1. 單片機及其外圍器件,主要是:MC68HC908SR1PLL ( 晶體等) 、LED 指示燈、蜂鳴器;2. 按鍵輸入接口,在面板上,提供 6 鍵的按鈕,作為調光控制或場景控制;3. 紅外遙控接口,在面板上有一個紅外遙控器接收窗口,可以實現(xiàn)紅外遙控信號的接收;4. 調光驅動部分,使用兩片可控硅(SCR,SiliconControlled Rectifier,又稱硅控整流器)進行調光控制。通過一片光藕(MOC3021) ,從 220V交流電上取出過零點信號作為同步,過零信號表現(xiàn)為一個低電平脈沖,連接到 SR12 的 IRQ2 上作為中斷輸入;5. 家庭控制網絡連接部分,由 MAXIM 公司的 MAX48RJ11 插座構成。6. 電源部分,由控制總線可提供 12V 直流電壓,由一片 7805 提供 5V 的直流電壓。四、軟件描述我們用匯編語言實現(xiàn)了一段啟動代碼(Boot Code) ,而全部的應用程序則采用 C 語言編程,編譯環(huán)境為 Hiware C。以太網網關終端的軟件框圖如下:MCUMC68HC908SR12PLL ()LED, Beeper Power, IndicateTTLRS485ConverterRJ11 Connector6 Key InputInfrared InputDimmerSCRDC 5
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