【正文】 到E2PROMConvert Temperature44H啟動(dòng)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換Recall EPROMB8H將E2PROM中TH,TL和配置寄存器內(nèi)容回寫到暫存器Read Power supplyB4H讀電源數(shù)字溫度傳感器DS18B20將模擬溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過串行通信的方式輸出。因此，溫度采集的關(guān)鍵是DS18B20的通信協(xié)議，為了確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)耐暾裕珼S18B20器件必須采用嚴(yán)格的通信協(xié)議與處理器S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)通信DS18B20數(shù)據(jù)通信協(xié)議包括傳感器的初始化，數(shù)據(jù)執(zhí)行ROM操作命令和存儲(chǔ)器操作命令等。初始化協(xié)議定義復(fù)位和存在脈沖時(shí)序，數(shù)據(jù)執(zhí)行協(xié)議定義處理器讀0讀1時(shí)序和寫0寫1時(shí)序，所有的命令和數(shù)據(jù)以字節(jié)發(fā)送，并且低位在前，高位在后，： DS18B20數(shù)據(jù)通信時(shí)序圖處理器將單線總線DQ從邏輯高電平拉為邏輯低電平時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)寫時(shí)序，所有的寫時(shí)序必須在60181。s~12181。s內(nèi)完成，并且兩個(gè)連續(xù)的寫時(shí)序之間至少需要1181。s的恢復(fù)時(shí)間，在寫“0”整個(gè)時(shí)序期間，總線一直保持為邏輯低電平，而在寫“1”時(shí)序期間，處理器先將單線總線拉為邏輯低電平，在時(shí)序開始后15181。s內(nèi)將總線釋放，寫“0”與寫“1”：圖 寫“0”與寫“1”時(shí)序圖： DS18B20溫度采集程序設(shè)計(jì)流程圖數(shù)據(jù)采集過程中驅(qū)動(dòng)層所編寫的主要函數(shù)如下：1：static int ds18b20_init(void)。//數(shù)據(jù)初始化2：static unsigned char write_byte(void)。//向DS18B20讀數(shù)據(jù)3：static unsigned char read_byte(void)。//往DS18B20寫數(shù)據(jù)4：static ssize_t ds18b20_read(struct file *file,char __user *buf,size_t count,loff_t *f_pos)。//讀出溫度值，然后利用copy_to_user函數(shù)返回給用戶層。為便于調(diào)試，該驅(qū)動(dòng)模塊沒有內(nèi)核驅(qū)動(dòng)方式配置，而是以模塊方式配置，所以每次使用的時(shí)候必須通過運(yùn)行insmod 。溫度傳感器在嵌入式系統(tǒng)中對應(yīng)的設(shè)備文件為/dev/ds18b20，首先系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)int fd_ds18b20=open(“/dev/ds18b20”,O_RDWR)打開嵌入式設(shè)備中的傳感器設(shè)備，打開設(shè)備失敗返回1，以后的系統(tǒng)函數(shù)就可以使用fd_ds18b20來對設(shè)備進(jìn)行操作。關(guān)閉數(shù)字溫度傳感器的函數(shù)為close(fd_ds18b20)。系統(tǒng)通過調(diào)用read(fd_ds18b20,amp。result,sizeof(result))讀出溫度值，保存在result中，最后顯示出來。 煙霧傳感器模塊的實(shí)現(xiàn)MQ2氣體傳感器可檢測多種可燃性氣體，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出電壓信號(hào)。根據(jù)傳感器輸出的電壓大小判斷環(huán)境中可燃性氣體濃度的大小。MQ2氣體傳感器輸出的是電壓信號(hào)，處理器要把相應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)值，S3C2440自帶了A/D轉(zhuǎn)換的功能，A/D轉(zhuǎn)換芯片在嵌入式系統(tǒng)中對應(yīng)的設(shè)備文件“/dev/adc”，首先系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)int fd_adctest=open(“/dev/adc”,O_RDWR)打開嵌入式設(shè)備中的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備，打開設(shè)備失敗返回1，以后的系統(tǒng)函數(shù)就可以使用fd_adctest來對設(shè)備進(jìn)行操作。關(guān)閉煙霧傳感器的函數(shù)為close(fd_adctest)。下圖是煙霧傳感器的連接圖。 煙霧傳感器接線圖如上圖所示，MQ2其他傳感器有6只針狀管引腳，其中4個(gè)用于信號(hào)輸出，2個(gè)用于提供加熱電流。設(shè)傳感器表面電阻是Rs，它是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)輸出獲得的，參考MQ2datasheet ： 式() （其電導(dǎo)率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻式電導(dǎo)率的倒數(shù)，所以電阻是減小的，其特性相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)變阻器）。 式（）為回路電壓即電源電壓，其加在MQ2傳感器的1腳、3腳之間，是傳感器4腳、6腳輸出電壓，為傳感器的體電阻。若氣體濃度上升，必將導(dǎo)致下降。而的下降則會(huì)導(dǎo)致MQ2的4腳、6腳對地輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，其輸出電壓也會(huì)增大。S3C2440開發(fā)板的A/D轉(zhuǎn)換器會(huì)把輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成01023之間的數(shù)字，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字越大，說明電壓越大即煙霧濃度越大。假設(shè)程序中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字是，在程序中可以設(shè)兩個(gè)值、假設(shè)=400，=800，若，系統(tǒng)把室內(nèi)的抽風(fēng)機(jī)打開，把有害氣體排出室外，若，系統(tǒng)把蜂鳴器開起，進(jìn)行報(bào)警。 具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊的實(shí)現(xiàn)本模塊用到了4*4鍵盤作為輸入設(shè)備。 4*4鍵盤實(shí)物圖 4*4鍵盤電路圖‘0’‘9’和‘A’、‘B’、‘C’、‘D’代表16個(gè)值。在程序中用按下“”鍵表示確認(rèn)輸入密碼，用按下“*”表示刪除輸入。，程序不斷掃描鍵盤，判斷是否有按鍵閉合，若某個(gè)按鍵按下，系統(tǒng)執(zhí)行延遲去抖動(dòng)代碼，接著繼續(xù)掃描鍵盤，判斷用戶按下了哪個(gè)按鍵，計(jì)算按鍵鍵值，并對按下按鍵進(jìn)行有效標(biāo)志。 4*4鍵盤掃描程序一開始在程序初始化某一個(gè)密碼，程序不斷檢測用戶輸入，當(dāng)用戶輸入正確密碼時(shí)即打開門，同時(shí)系統(tǒng)將不再接收由紅光電感器輸入的中斷信號(hào)，有人強(qiáng)行打開門時(shí)，屋內(nèi)光電傳感器檢測到異常信號(hào)，系統(tǒng)執(zhí)行中斷服務(wù)程序，接著向ISD1760語音芯片發(fā)送觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行語音報(bào)警。 密碼鎖防盜門流程圖。具有語音提示功能的密碼鎖防盜門模塊在開始時(shí)先初始化外部中斷，接著程序?qū)⒁恢辈樵兗t外傳感器是否檢測到信號(hào)，判斷是否有中斷請求，若發(fā)生中斷請求，先判斷用戶是否輸入了正確的密碼打開門的，若是，則把門打開，若否，系統(tǒng)將觸發(fā)語音報(bào)警模塊運(yùn)行。系統(tǒng)中用光電傳感器來檢測和發(fā)出中斷信號(hào)。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。如下圖所示，光電傳感器有三個(gè)引腳，紅線和綠線分別連接電源正負(fù)極，黃線是信號(hào)輸出線，當(dāng)傳感器沒有檢測到東西時(shí)，信號(hào)線輸出高電平信號(hào)，當(dāng)傳感器感應(yīng)到前方有東西時(shí)，輸出低電平信號(hào)。 光電傳感器及其引腳圖在正常工作時(shí)，光電傳感器默認(rèn)輸出高電平，當(dāng)有人靠近時(shí)，光電傳感器輸出低電平。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)這個(gè)電平跳變的特征，本文利用下降沿中斷的概念，當(dāng)有東西靠近傳感器時(shí)將觸發(fā)一次中斷。通過判斷光電的信號(hào)線是否有下降沿的變化從而斷定是否有人靠經(jīng)保險(xiǎn)柜等重要財(cái)產(chǎn)。光電傳感器在嵌入式系統(tǒng)中對應(yīng)的設(shè)備文件為/dev/red_sensor，首先用int fd_redsensor=open(“/dev/red_sensor”,O_RDWR)來打開嵌入式系統(tǒng)中的光電傳感器設(shè)備驅(qū)動(dòng)，fd_redsensor是調(diào)用打開設(shè)備函數(shù)后返回的文件描述符（打開錯(cuò)誤后返回1），之后的函數(shù)就可以使用fd_redsensor來對設(shè)備進(jìn)行操作。關(guān)閉光電傳感器為close(fd_redsensor)。在QT程序中本設(shè)計(jì)用到了Timer定時(shí)器的概念，每隔一秒種查看是否有外部下降沿中斷的發(fā)生，當(dāng)沒有發(fā)生中斷時(shí)，上層應(yīng)用程序讀到底層硬件驅(qū)動(dòng)程序中copy_to_user函數(shù)返回的數(shù)據(jù)是0，當(dāng)有外部中斷時(shí)，讀到的數(shù)據(jù)是1。當(dāng)上層QT程序判斷出現(xiàn)下降沿中斷后馬上發(fā)出信號(hào)觸發(fā)報(bào)警模塊進(jìn)行語音報(bào)警。此外，語音報(bào)警模塊本系統(tǒng)用的是外部的錄音芯片ISD1760，該語音芯片是 Winbond推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert），雙運(yùn)作模式（獨(dú)立amp。嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。根據(jù)芯片電路把電路連接好，提前往芯片里面錄好音，當(dāng)檢測到可能有小偷時(shí)，通過ioctl(fd_redsensor,0,1)控制輸出相應(yīng)的控制電平就可以達(dá)到報(bào)警的目的。 預(yù)防小孩墜樓模塊近年來小孩墜樓現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，我們通過在窗戶附近安裝人體紅外傳感器，檢測到小孩靠近窗戶時(shí)將關(guān)閉窗戶，小孩離開窗戶后將把窗戶打開，最大限度保護(hù)小孩的安全。在模型中我們只用了一個(gè)人體紅外傳感器，還不能準(zhǔn)備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實(shí)際項(xiàng)目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準(zhǔn)確是大人還是小孩靠近窗戶。圖 人體紅外傳感器 紅外傳感器引腳圖接線圖，檢測到信號(hào)后輸出0V電信號(hào)，在傳感器接入控制器過程中，用74LS04芯片把輸入其中的信號(hào)取反，74LS04芯片是個(gè)反相器芯片，進(jìn)過測試，紅外傳感器沒檢測到信號(hào)經(jīng)反向器輸出高電平，紅外傳感器檢測到有信號(hào)經(jīng)反相器將輸出低電平信號(hào)。由此可檢測是否有小孩靠近窗戶而決定是否把窗戶打開或關(guān)閉。系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，初始化人體紅外傳感器使其正常工作，系統(tǒng)一直判斷是否有信號(hào)輸入從而判斷是否有小孩靠近窗戶，當(dāng)有小孩靠近窗戶，判斷窗戶是否是打開著的，若窗戶已經(jīng)打開，則系統(tǒng)觸步進(jìn)電機(jī)把窗戶關(guān)閉，接著延遲一段時(shí)間，再判斷小孩是否已經(jīng)離開窗戶從而決定把窗戶打開或關(guān)閉。系統(tǒng)中用步進(jìn)電機(jī)打開或者關(guān)閉窗戶，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。我們采用的時(shí)28BYJ48型四相八拍電機(jī)（AABBBCCCDDDAA。），電壓為DC5V—DC12V。當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。 本章小結(jié)本章首先介紹系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì)原理，然后分別描述系統(tǒng)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)過程，包括GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控家電模塊，數(shù)字溫度采集模塊，煙霧濃度采集及其報(bào)警模塊，具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊，窗戶預(yù)防小孩墜樓模塊。第5章 系統(tǒng)測試 整體界面測試該智能家居系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)是友善之臂推出的mini2440開發(fā)板，它的核心控制器是S3C2440，在項(xiàng)目開發(fā)中用Qtopia做為應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。Qtopia是Trolltech公司(現(xiàn)已被諾基亞收購）為采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)的消費(fèi)電子設(shè)備而開發(fā)的綜合應(yīng)用平臺(tái),Qtopia包含完整的應(yīng)用層、靈活的用戶界面、窗口操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序啟動(dòng)程序以及開發(fā)框架。 智能家居整體效果圖為更好地展示作品，拍攝作品各模塊功能，我們把整個(gè)系統(tǒng)拆分開來。在開發(fā)中，把智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)應(yīng)用程序加載在mini2440的欄目下。，系統(tǒng)界面顯示室內(nèi)溫度情況，室內(nèi)空氣質(zhì)量狀態(tài)，正常情況下顯示“The air quality is well”，同時(shí)顯示家電此時(shí)的工作狀態(tài)。 模塊功能測試 遠(yuǎn)程監(jiān)控家電模塊功能測試系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，臺(tái)燈和風(fēng)扇都是關(guān)閉的。在此時(shí)我們通過手機(jī)發(fā)送“tdk”命令把臺(tái)燈打開。 向系統(tǒng)發(fā)送“tdk”命令 接著通過手機(jī)短信把風(fēng)扇打開。 發(fā)送“fsk”命令 把風(fēng)扇打開此時(shí)臺(tái)燈和風(fēng)扇都是打開著的，經(jīng)過測試下面系統(tǒng)界面也正確顯示家電的運(yùn)行狀態(tài)。 家電工作狀態(tài)此時(shí)臺(tái)燈跟風(fēng)扇都處于工作狀態(tài)，下面向系統(tǒng)發(fā)送“qjk”命令監(jiān)控家電的工作狀態(tài)。 發(fā)送“qjk”命令 系統(tǒng)返回家電的工作狀態(tài)經(jīng)過測試，此模塊能正確工作。 密碼鎖防盜模塊功能測試下面測試具有語音提示功能的密碼鎖防盜模塊，首先輸入密碼。輸入正確密碼時(shí)將把門打開。 輸入密碼 輸入正確密碼，把門打開當(dāng)有非法人員用非法方式把門打開時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行語音報(bào)警，如下圖所示。 通過非法手段把門打開，進(jìn)行語音報(bào)警經(jīng)過測試，此模塊也能正常工作。 煙霧報(bào)警模塊功能測試煙霧報(bào)警模塊在室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時(shí)顯示“The air quality is well”；當(dāng)煙霧濃霧偏高時(shí)，控制器上顯示“The air quality is not well！”，同時(shí)系統(tǒng)把抽風(fēng)機(jī)打開把室內(nèi)有害氣體排出室外；當(dāng)煙霧濃度過高時(shí)，控制器顯示“The air quality is bad!“，同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行煙霧報(bào)警。在測試時(shí)，用打火機(jī)給煙霧傳感器加煙霧，測試煙霧傳感器檢測打火機(jī)有害氣體的情況進(jìn)行測試，經(jīng)過測試，此功能模塊正常工作。，系統(tǒng)同抽風(fēng)機(jī)把有害氣體拍到室外。 把門撬開時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)行語音報(bào)警 把門撬開時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)行語音報(bào)警經(jīng)過測試，此模塊能正確工作。 預(yù)防小孩墜樓模塊功能測試該作品設(shè)計(jì)的是只能家居模型而非真正實(shí)物，在模型中我們只用了一個(gè)人體紅外傳感器，還不能準(zhǔn)備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實(shí)際項(xiàng)目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準(zhǔn)確判斷是大人還是小孩靠近窗戶。，在窗戶附近沒有檢測到人體存在，（用手測試）靠近窗戶把窗戶關(guān)閉的情況。窗戶處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，把手放開窗戶，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開，經(jīng)測試，此模塊能正常工作。 把門撬開時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)行語音報(bào)警 把門撬開時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)行語音報(bào)警第6章 總結(jié)與展望 總結(jié)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)不只包含嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還是一個(gè)復(fù)雜的綜合性工程。在做嵌入式系統(tǒng)的研究的同時(shí)，還不得不從系統(tǒng)的角度考慮諸如網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保、生態(tài)等其他問題。其中涉及到的很多知識(shí)與我的專業(yè)