【導讀】論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。所寫的內(nèi)容負責，并完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。許論文被查閱或借閱。本人授權東華大學可以將本學位論文的全部或。制手段保存和匯編本學位論文。保密口，在——年解密后適用本版權書。需求不斷完善和提升。統(tǒng)采用兩種方案——電源控制方案和紅外控制方案。家電不能實現(xiàn)控制，而紅外控制家電的優(yōu)缺點與電源控制正好相反；其二是人體體征數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設計；一直以來，健康問題一直。體征數(shù)據(jù)采集模塊軟硬件設計，Zigbee組網(wǎng)等幾個部分。計遠程登錄管理界面。塊的設計和實現(xiàn)，重點闡述軟、硬件設計方法并給出系統(tǒng)通信協(xié)議；常時，通過GSM通信模塊向手機發(fā)送提醒信息及體征數(shù)據(jù)。通過實驗測試，模塊可以控制家電，獲取體征數(shù)據(jù)和提醒短信等，系統(tǒng)實現(xiàn)其預期功能，達到預期設計目標。

　　

【正文】 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 心的 RISC 處理器，采用哈佛構架，具備相互獨立的 16KB 指令高速緩存和 16KB 數(shù)據(jù)高速緩存，支持 JTAG仿真調(diào)試，具有 MMU 功能，支持有外部存儲控制器， 可提供訪問外部存儲器所需要的存儲器控 制信號。 $3C2440A 是一款低功耗，高 性能，小尺寸的微控制器。它提供一套完整的通用系統(tǒng)外設，無需配置額外的組 件，減少整體系統(tǒng)成本，滿足了智能家居系統(tǒng)應用和性能的需求。嵌入式處理器 本身是不能獨立工作的，必須有供電，時鐘信號，復位信號，擴展程序存儲器等， 為方便開發(fā)，還應該配備調(diào)試接口。硬件平臺搭建包括對微處理器外圍電路 (如 時鐘電路、供電電源、復位電路 )、接口 (如 JTAG調(diào)試接口、串口 )、存儲器 (如 SDRAM、 Fl ash)等設計。嵌入式系統(tǒng)構建方式如圖 32： i |匝： RJ45 網(wǎng) [1 L 生 { L 一 J i 麗 l168。 毛 i ㈠ 燒寫； rn———j——1 lS～ D RA Mj 竺 一； l i 一 ———_1 ；二二， I——一 i』 r168。一 一 一 ～ uj Flash ≯ Flash I 嵌入式微處理器l 一一一 [．：二二二蘭二二 =二二二二： 圖 32 嵌入式系統(tǒng)構建方式框圖 3． 2． 2家庭網(wǎng)關外圍電路 家庭網(wǎng)關外圍電路是指本設計中支持家庭網(wǎng)關執(zhí)行硬件功能所必需的基本 外圍電路，包括電源，復位電路， RJ45接口，調(diào)試接 口， SDRAM接口， flash接 口和時鐘、復位電路。 l、電源 電源的優(yōu)劣關系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)涉及的器件需要不同電壓， 電源分為三類分別為： 5V、 3． 3V 和 1． 25V 供電，家庭網(wǎng)關 5V 直流供電由外部引 入 220V 交流電轉 5V 直流電供電，本設計中采用深圳德力寶牛產(chǎn)的 DELIPPO 5V2A 型開關電源作為外部輸入電源，該電源外觀小巧，采用寬電壓交流 110—240V 輸入，輸出功率 lOw，完全能滿足系統(tǒng)功率需求。另外， $3C2440A 內(nèi)核需要 1． 25V 供電，儲存器及 I／ 0 U 等需要 3． 3v 供電，本文采用 LDl086D2M33穩(wěn)壓：簽片提供 3． 3V 儲存器及外部 I／ O 的供電，該：簽片最大輸出電流 1． 5A， 25 攝氏度時輸出精 度為 1％，其他溫度環(huán)境 ?卜為 2％，保證了足夠的輸出功率和精度：儲存器及外部 I／ O 采用的是 3． 3V供電。采用 AMSll 17ADJ 芯片提供 1． 25V 供電，最大電流為 IA， I％的輸山精度。電路設計如圖 3—3所示。 O 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) II 一． II怔 GND VCC RESET MR 圖 35 復位電路 RS232串行接口 家庭網(wǎng)關的 RS232串行接口承擔與家庭內(nèi)網(wǎng)巾 zigbee協(xié)調(diào)器通信任務。與 0 蓉季乏學 一霸一， f 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 微處理器 UART(通用異步通信串行數(shù)據(jù)總線 )進行通信，需要電平轉換，將 UART 的TTL 電平轉換成與 zibee 模塊相同的 RS232電平的串口，本設計采用 MAX3232 來轉換電平。 RS232接口采用 DB9一 DB9連接方式，有三根有效數(shù)據(jù)線，發(fā)送數(shù)據(jù) (TXD)、 接收數(shù)據(jù) (RXD)和地線， MAX3232來電平轉換及接口如圖 36所示。 i 圖 36串行接口電路 SDRAM SDRAM(同步動態(tài)隨機存儲器 )選用的是韓國海力士 (Hynix)生產(chǎn)的 32M 同 步動態(tài)隨機存儲器 HY57V561620T。為了充分發(fā)揮 $3C2440A 強大的數(shù)據(jù)處理能力， 選用兩片 16 位 HY57V561620T 芯片并行連接，這樣數(shù)據(jù)寬度擴大一倍，增大了內(nèi) 存的訪問的速度： SDRAM的接口原理圖如圖 3—7所示。 O 6．存儲器 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) L 旺悅 ∞ DQD 2 LD 筻眥 L虹黼 M AO 4 LD 笛 IAI LADD!H 25 Al DQl 5 LD^，眥 越 DQ2 L^D 阻 5 M A3 呻 ?LDAt^3 LADD鄹 強 I LD^T戤 乙 ^】撇 ?3C A4 DQ． lO Ln 主。 I： ^5 舢 DQ5 L 酗 X)l堪 3l ll LD_^JI： ^矗 ^6 D∞ L 蚰 X， R堂 ；： 玎 UMTA? LADEmlO 33 AT DQ 了 12Ⅱ 捕伽 Al DQI ￡ ^DoRll 34 44 強 I 飛轱 L^】撇 1：： 2 舶 D夠 ■5 lj 強T^te LADD 最 13 ； 5 A10 DQlO 4?LD^T^ll All Dqn L 直 DO 愛 14 Ⅺ 船 LD 點． r^12 n212 A12 5。 UAT^13 LADDR24 翌 DQl3 5l LDml4 BA0 DQl4 LADDlLM 2l i3 Un15 BAI DQl5 b 潭蚴 U U 獼 l 蝴 19 LoSC翳 h 船 El 彈 18 L 捌玨 t矗 S tl】 )QM 瞄眥 17 L 五 SC^s LSC玨 n．． xCAS L 帆 37 ScxE 儺 16 LSCLl∞ 3E S∞C V 唧 l H VSS0 啪 I 4l VSSl、衛(wèi) m 27 弘 VSS2 3 VDD∞ t 39。 VSSQ0 VⅨ鹼 l 12 釘 ssQl VDD∞ 撕 艟 VSSQ2Ⅵ擲 5： Vs9 掣 圖 3—7 SDl【 ^M 嵌入式系統(tǒng)通常采用非易失性存儲器 Flash 作為外部存儲， Flash 存儲器有 兩種， Nor F1ash 和 Nand Flash，兩種各具不同的優(yōu)點， NOR Flash 能直接執(zhí) 行指令，讀取速度中等，寫入和擦除速度較慢，數(shù)據(jù)讀取方式與 SDRAM 相似，因 此微處理器可以像使用 RAM 那樣使用 NOR Flash，存儲在 NOR Flash 中的程序和 數(shù)據(jù)不必復制 SDRAM即可運行，但是缺陷是， NOR Flash 的運行速度遠不及 SDRAM 快。 Nand Flash 讀取、寫入及擦除都相對較快，在價格上相對廉價，可以通過 Nand Flash 啟動代碼，然后復制到 SDRAM執(zhí)行， Nand Flash 的缺點是可靠性不 及 Nor flash， Nand Flash 存儲容量 較人，將 linux內(nèi)核映像，根文件系統(tǒng)映像 及一些啟動程序存放在 NAND FLASH 上?；?Nor Flash 和 Nand Flash 各自的 優(yōu)勢，本設計采用 Nor Flash 和 Nand Flash 兩種存儲器。 SDRAM 讀取寫入速度 比前兩者都快，嵌入式 SDRAM 的作用類似于計算機內(nèi)存，用于程序執(zhí)行時的程序 和數(shù)據(jù)存儲、指令執(zhí)行或計算，因此是嵌入式必要的存儲設備。本設計 Nor Flash 采用數(shù)據(jù)寬度為 2*8 位 2M存儲的 AM29LVl60DB型芯片，在本設計中采用的是大 小為 1G，數(shù)據(jù)寬 度為 8bit的 K968G08作為 Nand Flash。 Nor Flash 和 Nand Flash 接口如圖 3—8 所示。 蓉季乏學 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 1． ^。 R1 25 AO 瑚 29 LDAT 卸 L 加 0f 程 21 31 L 隊 1^39。 Ai Dl L^∞Ⅺ 23 33 LD^T^2 A2 D 口 LADDR4 22 3S L 隊 T^3 A3 D3 LADDR5 21 33 L 弘 T^? A4 D 年 L^00fⅪ ： O 40 U弘 T^5 A5 蹦 LADDR7 19 ?2 Ln^T^6 A6 D6 LADD 黯 lg 44“弧 T^r A7 D7 L^DDfH 8 30 LDATA$ A8 瑚 LA 口 DRl0 ? 32 LDATPd9 ． ^9 D9 L《罌 R 辯 LDATAl0 5 L《黼 12 5 A18 Dl。 35 LDJLTAI39。 L～嗽 39。3 4 All Dli 39 LO^1^39。2 Ai2 D12 L％ ?rAl3 L^00R?? 3 Ai3 Di3 41 LA00 只 15 2 重 l LO^TAl4 Ai毒 D14 LA00R1e ： 45 LDAT^， e Alj D15 L^00R17 毒 8 A16 LA。； DRl8 強 A17 I．／ k0／ 2R19 i6 3 3V A18 9 LADDR20 9 V∞ 37 Ai9 LADDR21 10 ^0踟 ； 3 C LADDR22 13 L 勝 A210 祀 健 25 J 11 168。wE wE 26 nGcso 纜 V 15 【 3—廣 №Nc 糠譬僦 12 nRI[SET 塔 卿 14 I J J 46 慣 1 鼉 圖 38 Nor Flash和 Nand Flash 7．以太網(wǎng)接口 系統(tǒng)需要通過遠程控制家用電器、查詢體征信息等，以太網(wǎng)接口是物聯(lián)網(wǎng)智 能家居系統(tǒng)實現(xiàn)的一個重要的基礎，只有通過網(wǎng)絡才能實現(xiàn)遠程登錄，嵌入式服 務器資源分享和管理等。因此，硬件電路中必須包含連接英特網(wǎng)的功能模塊和接 口。本設計的采用以太網(wǎng)芯片 DM9000 和網(wǎng)絡變壓器 HR91 1 103A 組成的功能模塊。 DM9000 一個 10／ 100M 自適應以太網(wǎng) MAC 控制器； HR911103A 集成 RJ45 接口的網(wǎng) 絡隔 離變壓器，網(wǎng)絡功能模塊與 $3C2440A 微處理器集成在同一 PCB 板，對外引 出網(wǎng) 絡接口即 RJ45 接口。其接口電路圖如圖 39 所示。 0 lu 圖 3_9 RJ45 網(wǎng)絡接口 20 O 智能家居家電控制與體征監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 3． 3 L i nux 系統(tǒng)平臺搭建 嵌入式系統(tǒng)硬件部分設計完成后，需要在硬件平臺移植操作系統(tǒng)和驅動程序 驅動硬件電路工作， Linux 操作系統(tǒng)有很多優(yōu)點，如資源占用率更低，運行穩(wěn)定、 運行速率快，還可根據(jù)實際需求剪裁內(nèi)核等 168。引。嵌入式開發(fā)過程中，嵌入式操作 系統(tǒng)需要通過移植才能使用。 Linux移植是指針對目標平臺對 Linux內(nèi)核做必要 的修改后，安裝到該目標平臺并使其正確運行的過程。本設計中目標平臺是基于 arm構架的 $3C2440A 處理器， Linux移植包括幾個方面內(nèi)容。 1．選擇 Linux內(nèi)核源碼并根據(jù)應用平臺對源碼做必要的改寫，剪裁驅動，設 計一款適合目標平臺的操作系統(tǒng)；對內(nèi)核進行選擇、配置和定制，使其能夠正確 運 行于目標系統(tǒng)上。 2．對操作系統(tǒng)針對目標平臺進行交叉編譯，生成內(nèi)核映像文件； 3．將內(nèi)核映像文件燒寫、安裝到目標平臺。 Linux操作系統(tǒng)包括引導程序， Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)。由于目標平臺資 源限制，需要通過交叉編譯的方法來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)，因此嵌入式 Linux內(nèi)核移 植首先要建立交叉編譯環(huán)境。交叉編譯是在一個宿主機上編譯目標機平臺上要執(zhí) 行得代碼，生成可以再目標機上運行的代碼。交叉編譯環(huán)境由編譯器、連接器和 解釋器