基于統(tǒng)一家電協(xié)議的智能家居控制終端設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

2012第八屆“博創(chuàng)恩智浦”杯全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告基于統(tǒng)一家電協(xié)議的智能家居控制終端Intelligent Household Control Terminals Based on Unified Home Appliance Agreement設(shè)計(jì)報(bào)告 目 錄摘 要3關(guān)鍵詞3Abstract3Key words3第 1章 序論41.1研究背景41.2研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)4第2章系統(tǒng)方案42.1系統(tǒng)需求42.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.3 硬件設(shè)計(jì)52.4 軟件設(shè)計(jì) 5第3章 功能與指標(biāo)73.1 主要功能73.2 主要指標(biāo)7第4 章 實(shí)現(xiàn)原理74.1 Zigbee原理介紹7第5章硬件框圖9第6章軟件流程96.1終端軟件設(shè)計(jì)96.2 節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序9第7章系統(tǒng)測(cè)試方案107.1系統(tǒng)硬件調(diào)試117.2系統(tǒng)軟件測(cè)試11第 8章測(cè)試設(shè)備11第 9章測(cè)試數(shù)據(jù)12第10章 結(jié)果分析12第11章實(shí)現(xiàn)功能12第12章特色12結(jié)論12附錄14參考文獻(xiàn)17摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化逐漸走進(jìn)了我們的生活，智能家居顛覆了傳統(tǒng)的家居生活理念，并帶來(lái)了全新的生活方式。智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已經(jīng)成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對(duì)智能家居的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。該系統(tǒng)以博創(chuàng)CUP6410嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與Zigbee為核心，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家居內(nèi)各模塊的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)控制且方便操作。該系統(tǒng)從安全和智能化兩個(gè)方面詮釋智能家居的概念，倡導(dǎo)智能管理、健康生活、節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代居家生活理念，引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)智能生活新潮流。該系統(tǒng)包含照明控制、音響控制、風(fēng)扇控制、水源控制等模塊，真實(shí)模擬了一個(gè)小型家居系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 智能家居、嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)AbstractWith the development of science and technology，the intelligent control steps into our life，the intelligent household subverts the traditional household life concept and bring us a whole new way of life. The intelligent household has become one important part of social information development as a way of family information realization and content networking will be a more realistic breakthrough in the development of intelligent household industry, having a the great significance in the development of intelligent household industry. The system uses CUP6410 embedded experimental platform and Zigbee as the core and can monitor the operation of each module within the household timely, control automatically and operate conveniently.The system interprets the concept of intelligent household from the view of safety and intelligence and advocate the modern life concept of intelligent management, healthy life, energy conservation and environmental protection, leading the new trend of intelligent life things networking. The system contains lighting control module, Audio control module, fan control module, water source control module and so on，simulates a small home systems truly。 Key words: Intelligent household、Embedded experimental platform第1章 緒 論1.1 研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的日益更新與發(fā)展，高科技與信息技術(shù)走進(jìn)了家庭，追求安全、舒適、智能的生活環(huán)境空間已經(jīng)成為人們的需求之一，智能小區(qū)的市場(chǎng)火爆，最基本的單元就是智能家居。近些年來(lái)，數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)和通信相滲透相結(jié)合的更加密切；半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展特別是高速CPU和存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，使得信息的收集與處理更加方便；電腦等一些家用設(shè)備的誕生使得智能家居控制終端成為可能，同時(shí)嵌入式的研究與發(fā)展給與信息設(shè)備的發(fā)展相結(jié)合，形成了低成本的運(yùn)營(yíng)模式。1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)的家居智能化的研究還不是很深入，主要方面還處于初級(jí)階段。歐美的家居智能已相對(duì)成熟且已在信息家電中得到實(shí)際應(yīng)用。家庭總線技術(shù)的一些標(biāo)準(zhǔn)如美國(guó)的X-10、CEBus，歐洲的Europe Home System標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)投入市場(chǎng)，但這些標(biāo)準(zhǔn)大都是與本國(guó)的情況制定的。國(guó)內(nèi)至今還沒(méi)有比較成熟的家庭總線標(biāo)準(zhǔn)，這相對(duì)阻礙了智能家居終端的開(kāi)發(fā)與研究。近年來(lái)，歐美的一批知名企業(yè)先后進(jìn)入了家居智能化的研究及開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，但現(xiàn)有系統(tǒng)在操作方式及使用方面與客戶要求還有一定差距，家居內(nèi)部的各個(gè)部分的通信協(xié)議不同難以構(gòu)成完整的家居系統(tǒng)，各種原因延緩了家居市場(chǎng)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)的一些廠商也在進(jìn)行家居智能化產(chǎn)品的研究與生產(chǎn)，一些大型IT企業(yè)用自身的資金與技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在低端市場(chǎng)占據(jù)相當(dāng)重要的地位；一些傳統(tǒng)的家電巨頭也開(kāi)始進(jìn)入家居智能化產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。這些發(fā)展值得我們?yōu)橹粣?，但是?guó)內(nèi)的智能家居的研究起步比較晚，整體水平參差不齊，軟件功能比較差，升級(jí)能力欠缺，難以保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和大數(shù)據(jù)量的可靠通信。隨著智能化平臺(tái)的發(fā)展，利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的智能家居控制終端將成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)。第2章 系統(tǒng)方案2.1 系統(tǒng)需求本家居系統(tǒng)包括主控制中心、家電控制終端、監(jiān)控報(bào)警終端三個(gè)主要部分。系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能： 監(jiān)控：用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)，可以登錄到家庭的控制中心，查看家庭內(nèi)部情況，對(duì)照明模塊、窗戶及窗簾、溫濕度控制、防火防盜進(jìn)行控制與處理。電器控制：用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)家電進(jìn)行智能化管理。通信方式：系統(tǒng)采用Zigbee無(wú)線通信方式，避免了有線布線帶來(lái)的麻煩。2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 智能家居系統(tǒng)的核心部分是一個(gè)嵌入式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要是Zigbee無(wú)線通信模式，用戶可以通過(guò)手機(jī)或PC機(jī)登錄家中的嵌入式服務(wù)器，通過(guò)用戶名和密碼驗(yàn)證之后，便可以查看或控制家用電器、燈光、窗簾、門禁、安防等基礎(chǔ)設(shè)施；系統(tǒng)具有可擴(kuò)展接口，如無(wú)線藍(lán)牙接口、GPRS接口、以太網(wǎng)接口，SPI接口。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示：圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.3 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用Zigbee技術(shù)進(jìn)行無(wú)線通信，大大減少了布線麻煩、成本高的缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)作為無(wú)線通信控制終端，相當(dāng)于一個(gè)大型數(shù)據(jù)處理中心。家居子模塊包括音響、電燈、風(fēng)扇、飲水機(jī)等模塊，子模塊分別與Zigbee連接，形成了通信輻射網(wǎng)絡(luò)。 在家居控制中心，選用CC2420作為家庭內(nèi)部ZigBee通信協(xié)調(diào)器；家居、安防終端采用CC2430與之相連。該芯片兼容IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，其在單芯片上集成了ZigBee RF前端、存儲(chǔ)器和微控制器（MCU）。利用cc2430我們可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，及設(shè)備控制等操作?？紤]到家庭內(nèi)部節(jié)點(diǎn)有限，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；竟潭?，內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)洌訡C2420為中心協(xié)調(diào)器，與各家居分支節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。CC2420通過(guò)4線制SPI接口與處理器相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。通過(guò)SPI總線可以設(shè)置其到不同的工作模式，讀寫緩沖區(qū)，讀入狀態(tài)寄存器。其中，SI和SO分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，CSn負(fù)責(zé)SPI接口使能，SCLK負(fù)責(zé)時(shí)鐘信號(hào)。另外，還需使用FiFO和FIFOP狀態(tài)引腳來(lái)訪問(wèn)FIFO。通過(guò)CCA引腳查看通道是否清空，通過(guò)SFD引腳提供時(shí)間信息。2.4 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)終端控制每一個(gè)家居子模塊，如電燈、風(fēng)扇、飲水機(jī)、音響等，智能家電控制終端界面如圖2所示，照明系統(tǒng)子模塊界面如圖3所示，音響控制界面如圖4所示。圖2家電控制終端界面圖3照明系統(tǒng)子模塊界面圖4音響控制界面第3章 功能與指標(biāo)3.1 主要功能該系統(tǒng)采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與家電的控制，用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)，可以登錄到家庭的控制中心，查看家庭內(nèi)部家電控制情況。家居子模塊如電燈、風(fēng)扇、音響、飲水機(jī)等可以分別于Zigbee相連接，作為每一個(gè)小分支與終端機(jī)進(jìn)行通信，終端機(jī)的Zigbee模塊與每一個(gè)小分支進(jìn)行反饋通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)家居網(wǎng)絡(luò)的控制。電燈模塊主要是實(shí)現(xiàn)電燈的亮滅，通過(guò)終端機(jī)的Zigbee與電燈的Zigbee進(jìn)行通信，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電燈的亮滅控制。電燈的模式主要為一下幾種（1）當(dāng)家中來(lái)客人，您只需輕觸遙控器上的會(huì)客按鈕，您的客廳的燈光自動(dòng)亮起，無(wú)須象以往那樣逐個(gè)開(kāi)啟。（2）起夜模式：夜間入睡，您只需輕觸遙控器上的起夜按鈕，您的家中事先設(shè)定好夜間輔燈將自動(dòng)亮起，同時(shí)將其他燈光關(guān)閉，使燈光更富人情味。無(wú)須象以往那樣逐個(gè)進(jìn)行啟閉，方便及至。（3）全開(kāi)全關(guān): 輕松實(shí)現(xiàn)燈和電器的一鍵全關(guān)和所有燈的一鍵緊急全開(kāi)功能。 風(fēng)扇模塊主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的控制與開(kāi)關(guān)，通過(guò)終端機(jī)的Zigbee與風(fēng)扇的Zigbee進(jìn)行通信，其速度數(shù)據(jù)隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端機(jī)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)也隨時(shí)傳送給終端機(jī)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)控制及其速度的控制。飲水機(jī)模塊主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的設(shè)定與反饋，通過(guò)終端機(jī)的Zigbee與飲水機(jī)的Zigbee進(jìn)行通信，其溫度隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端，終端從而進(jìn)行處理并反饋給飲水機(jī)模塊，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的設(shè)定與反饋。音響模塊主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)歌曲的調(diào)節(jié)，包括音量、播放與暫停、上一曲、下一曲、播放模式等的調(diào)節(jié)，通過(guò)終端機(jī)的Zigbee與音響的Zigbee進(jìn)行通信，其播放狀態(tài)的數(shù)據(jù)可隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端，終端從而進(jìn)行處理并反饋給音響模塊，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)終端對(duì)音響的控制。3.2 主要指標(biāo) 電燈子模塊的主要指標(biāo)為電燈的亮滅狀態(tài)；風(fēng)扇子模塊的主要指標(biāo)為風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及速度數(shù)據(jù)；飲水機(jī)子模塊的主要指標(biāo)為水溫?cái)?shù)據(jù)；音響子模塊的主要指標(biāo)為歌曲的播放狀態(tài)。第4章 實(shí)現(xiàn)原理4.1 Zigbee原理介紹 本系統(tǒng)使用Zigbee模塊進(jìn)行無(wú)線通信，Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee模塊是已經(jīng)包含了所有外圍電路和完整協(xié)議棧的能夠立即投入使用的產(chǎn)品，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了廠家的優(yōu)化設(shè)計(jì)，和老化測(cè)試，有一定的質(zhì)量保證。優(yōu)秀可靠的zigBee應(yīng)用“模塊”具有在硬件上設(shè)計(jì)緊湊，體積小，貼片式焊盤設(shè)計(jì)，可以內(nèi)置Chip或外置SMA天線，通訊距離從100米到1200米不等，還包含了ADC，DAC，比較器，多個(gè)IO，I2C等接口和用戶的產(chǎn)品相對(duì)接。軟件上包含了完整的ZigBee協(xié)議棧，并有自己的PC上的配置工具，采用串口和用戶產(chǎn)品進(jìn)行通訊，并可以對(duì)模塊進(jìn)行發(fā)射功率，信道等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的配置，使用起來(lái)簡(jiǎn)單快捷。Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1功耗。在低耗電待機(jī)模式下,2 節(jié)5 號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月,甚至更長(zhǎng)。這是Zigbee的突出優(yōu)勢(shì)。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。2低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10) ,降低了對(duì)通信控制器的要求,按預(yù)測(cè)分析,以8051的8位微控制器測(cè)算,全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為2 美元。3 低速率。Zigbee工作在20250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。4近距離。傳輸范圍一般介于10100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到13 km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。5短時(shí)延。Zigbee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要310 s、WiFi 需要3 s。6高容量。Zigbee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn);同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。7高安全。Zigbee 提供了三級(jí)安全模式,包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128) 的對(duì)稱密碼,以靈活確定其安全屬性。8免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國(guó)) 和868 MHz(歐洲)。Zigbee性能分析：1數(shù)據(jù)速率比較低：在2.4GHZ的頻段只有250KB/S，而且只是鏈路上的速率,除掉幀頭開(kāi)銷,信道競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)答和重傳，真正能被應(yīng)用所利用的速率可能不足100KB/S,并且余下的速率可能要被鄰近多個(gè)節(jié)點(diǎn)和同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)應(yīng)用所瓜分.因此不適合做視頻之類事情。2.可靠性：在可靠性方面，zigbee有很多方面進(jìn)行保證.物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在一定程度上抵抗干擾MAC曾，應(yīng)用層(APS部分)有應(yīng)答重傳功能。 MAC層的CSMA機(jī)制使節(jié)點(diǎn)發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)信道，可以起到避開(kāi)干擾的作用。當(dāng)zigbee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾,無(wú)法正常工作時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)的切換到另一個(gè)工作信道上。3.時(shí)延：由于zigbee采用隨機(jī)接入MAC層，且不支持時(shí)分復(fù)用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)。4.能耗特性：能耗特性是zigbee的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通常zigbee節(jié)點(diǎn)所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低，在不需要通信是,節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時(shí)能耗可能只有正常工作狀態(tài)下的千分之一。由于一般情況下,休眠時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的大部分，有時(shí)正常工作的時(shí)間還不到百分之一，因此達(dá)到很高的節(jié)能效果。5.網(wǎng)絡(luò)層特性：zigbee大規(guī)模的組網(wǎng)能力強(qiáng)，因?yàn)閦igbee底層采用了直擴(kuò)技術(shù),如果采用非信標(biāo)模式,網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展得很大，為不需同步而且節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)和重新加入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程很快，一般可以做到1秒以內(nèi)，甚至更快。bluetooth通常需要3秒，在路由方面,zigbee支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)的路由，所以可以布置范圍很廣的網(wǎng)絡(luò)，并支持多播和廣播特性,能夠給豐富的應(yīng)用帶來(lái)有力的支持。第5章 硬件框圖 本系統(tǒng)以ZIGBEE與計(jì)算機(jī)為核心，模擬了一個(gè)小型家居系統(tǒng)，硬件框圖下圖5所示：圖5硬件框圖第6章 軟件流程6.1 終端軟件設(shè)計(jì) 終端中心控制四大模塊，分別是：電燈控制、風(fēng)扇控制、飲水機(jī)控制及音響控制。來(lái)自子模塊ZigBee的信息主要為數(shù)據(jù)信息，該數(shù)據(jù)可以為終端節(jié)點(diǎn)周期性向控制中心發(fā)送的數(shù)據(jù)，也可以為GPRS或Web請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。如果為周期性的數(shù)據(jù)則需要判斷數(shù)據(jù)是否正常，如果有異常需要向用戶進(jìn)行反饋。終端軟件流程圖如下圖6所示。圖6終端軟件流程圖6.2 節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序終端的CC2430主要完成三大功能：網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制。應(yīng)用程序加電后應(yīng)該做的第一件事就是尋找可接入網(wǎng)絡(luò)，然后循環(huán)等待中斷。應(yīng)用程序應(yīng)處理的中斷源主要有兩個(gè)，一個(gè)是來(lái)自控制中心的管理信息（因?yàn)閆igBee網(wǎng)絡(luò)是星型拓?fù)?，因此只接收?lái)自控制中心的信息），主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢或者設(shè)備控制，應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)的中斷程序；另一個(gè)是來(lái)自底層硬件。節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序如圖7所示。圖7節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序第7章 系統(tǒng)測(cè)試方案本系統(tǒng)的制作調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試兩大部分。經(jīng)過(guò)初步的分析設(shè)計(jì)后，在設(shè)計(jì)制作硬件電路的同時(shí)，調(diào)試穿插進(jìn)行，應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開(kāi)的，許多硬件故障是在調(diào)試軟件時(shí)才發(fā)現(xiàn)的。但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后才和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試，如此有利于問(wèn)題的分析和解決，不會(huì)造成問(wèn)題的積累，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時(shí)間。軟件編程中，首先要完成單元功能模塊的調(diào)試，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，整體上采用硬件調(diào)試的調(diào)試方法。7.1 系統(tǒng)硬件測(cè)試PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，PCB板的設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對(duì)原理電路的再設(shè)計(jì)。因此PCB板的設(shè)計(jì)是理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用一個(gè)十分重要的內(nèi)容。印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守印制電路板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。本系統(tǒng)的硬件調(diào)試主要包括以下調(diào)試： (1)邏輯錯(cuò)誤調(diào)試：樣機(jī)硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等幾種，其中短路是最常見(jiàn)的故障。(2)器件調(diào)試：元器件失效的原因有兩個(gè)方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。(3)可靠性調(diào)試：引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載過(guò)大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。在本次調(diào)試在調(diào)試樣機(jī)加電之前，先用萬(wàn)用表和示波器,根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。還特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路。7.2 系統(tǒng)軟件測(cè)試軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。本系統(tǒng)采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，逐個(gè)模塊調(diào)好以后，再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)試。由于采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，采用是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，下面進(jìn)一步予以說(shuō)明。在調(diào)試第一個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序。等逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，在本次調(diào)試中操作系統(tǒng)中沒(méi)有錯(cuò)誤，在單步和斷點(diǎn)調(diào)試后，進(jìn)行了連續(xù)調(diào)試，因?yàn)閱尾竭\(yùn)行只能驗(yàn)證程序的正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題。等全部完成后，反復(fù)運(yùn)行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還觀察了用戶系統(tǒng)的操作是否符合設(shè)計(jì)要求的操等，部分程序作了適當(dāng)修正后系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。監(jiān)控軟件在平時(shí)不斷檢測(cè)各報(bào)警點(diǎn)的信號(hào)，當(dāng)有異常情況時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)Zigbee模塊自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。第8章 測(cè)試設(shè)備Lenovo PC一臺(tái)；物聯(lián)網(wǎng)嵌入式教學(xué)科研平臺(tái)；TDS210 60MHz雙蹤示存儲(chǔ)波器一臺(tái)；WYK302Bz型直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)；TC-108H“多路通”程控交換機(jī)一臺(tái)；MODEL HCF1000C 型頻率計(jì)一臺(tái)；EE1641B1型函數(shù)發(fā)生器/計(jì)數(shù)器一臺(tái)；MF 47型機(jī)械萬(wàn)用表一個(gè)；DT 9208型數(shù)字萬(wàn)用表一個(gè)；YEAR 200型體育競(jìng)賽秒表一個(gè)；TLW-T調(diào)溫烙鐵一把；IAR開(kāi)發(fā)軟件一套；Altium開(kāi)發(fā)工具一套；Visual Basic 6.0 中文版工具一套；第9章 測(cè)試數(shù)據(jù) 本系統(tǒng)包括4個(gè)子模塊與終端機(jī)，經(jīng)測(cè)試得到了子模塊數(shù)據(jù)發(fā)送情況與終端機(jī)接收情況，具體數(shù)據(jù)如下圖8所示。測(cè)試次數(shù)從機(jī)1發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)從機(jī)2發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)從機(jī)3發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)從機(jī)4發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)終端機(jī)接收的數(shù)據(jù) 1 5 5 5 5 18 2 5 5 5 5 17 3 5 5 5 5 20 4 5 5 5 5 16 5 5 5 5 5 19圖8測(cè)試圖本系統(tǒng)采用的Zigbee模塊傳輸功率-3dBm、0dBm、+4dBm可選，理論最大傳輸距離400m,但是經(jīng)測(cè)試認(rèn)為傳輸距離在200m以內(nèi)效果佳，且在室內(nèi)和室外的傳輸距離不同。第10章 結(jié)果分析 經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試，子模塊與終端機(jī)的通信比較穩(wěn)定，基本上可以實(shí)現(xiàn)正常通信。Zigbee模塊通信情況良好，可以用于該系統(tǒng)的正常通信。終端機(jī)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)子模塊的控制且在終端機(jī)界面上顯示，總體上模擬了小型家居系統(tǒng)。第11章 實(shí)現(xiàn)功能該系統(tǒng)模擬了一個(gè)小型家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了終端機(jī)對(duì)各個(gè)家居子模塊的控制與處理。電燈模塊實(shí)現(xiàn)電燈的亮滅和自動(dòng)控制。當(dāng)家中來(lái)客人，只需輕觸遙控器上的會(huì)客按鈕，燈光自動(dòng)亮起，無(wú)須象以往那樣逐個(gè)開(kāi)啟；夜間入睡，只需輕觸遙控器上的起夜按鈕，您的家中事先設(shè)定好夜間輔燈將自動(dòng)亮起，同時(shí)將其他燈光關(guān)閉，使燈光更富人情味，無(wú)須象以往那樣逐個(gè)進(jìn)行啟閉，方便及至。風(fēng)扇模塊實(shí)現(xiàn)了速度的控制與開(kāi)關(guān)，其速度數(shù)據(jù)隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端機(jī)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)也隨時(shí)傳送給終端機(jī)。飲水機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溫的設(shè)定與反饋，其溫度隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端，終端從而進(jìn)行處理并反饋給飲水機(jī)模塊。音響模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)歌曲的調(diào)節(jié)，包括音量、播放與暫停、上一曲、下一曲、播放模式等的調(diào)節(jié)，其播放狀態(tài)的數(shù)據(jù)可隨時(shí)通過(guò)Zigbee傳送給終端，終端從而進(jìn)行處理并反饋給音響模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)終端對(duì)音響的控制。第12章 特色1適應(yīng)智能家居發(fā)展趨勢(shì)，提出了基于Zigbee與嵌入式平臺(tái)相結(jié)合的智能家居終端結(jié)構(gòu)，突破了利用普通單片機(jī)構(gòu)建智能家居控制終端的種種限制，如運(yùn)行速度慢，接口資源少等限制，不僅符合當(dāng)前系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求，保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，而且還為系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。2在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用比較完整的Z-Stack協(xié)議棧，并對(duì)其進(jìn)行改變，突破的通信的瓶頸。3在智能家居控制終端系統(tǒng)采用串口與子模塊相接觸，不僅能滿足智能家居終端的通信要求，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，而且降低了使用成本。結(jié) 論本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，提出了并且論證了設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)地闡述了Zigbee控制原理及無(wú)線信息發(fā)送的實(shí)現(xiàn)方法、以及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)中充分利用了系統(tǒng)的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。原理樣機(jī)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方案論證，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件，制作了電路原理樣機(jī)并與PC機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路和軟件能完成基本的測(cè)試功能。本系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制，關(guān)鍵在于利用標(biāo)準(zhǔn)程控交換信令結(jié)合軟件編程，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程桌面及安全認(rèn)證機(jī)制，具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，還具有良好可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值，符合了未來(lái)家居的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)完成的工作基本完成了規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，符合家居智能化系統(tǒng)是創(chuàng)造一個(gè)舒適的生活環(huán)境設(shè)計(jì)理念。在制作原理樣機(jī)后，由于時(shí)間限制，還沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間可靠性和實(shí)際安裝測(cè)試，這是系統(tǒng)產(chǎn)品化必須做的工作。附錄：系統(tǒng)部分源程序void initUART(void) / Setup for UART0 IO_PER_LOC_UART0_AT_PORT0_PIN2345(); SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); UART_SETUP(0, 57600, HIGH_STOP); UTX0IF = 1;void main delay(unsigned int temp) unsigned int i,j; for(i = 0;i temp; i+ ) for(j = 0;j temp;j+); /*Filename: spp.cTarget: cc2430Revised: 16/12-2005Revision: 1.0*/#include #include cul.h#include / protosvoid rxCallBack(void);void ackTimeout(void);BOOL ackReceived(BYTE sourceAddress);void sendAck(SPP_RX_STRUCT* receivedPacket);void waitForAck(void);static DMA_DESC* dmaTx; / pointer to the DMA descriptor for transmit.static DMA_DESC* dmaRx; / pointer to the DMA descriptor for receive.static BYTE dmaNumberTx = 0; / number indicating which DMA channel is used for transmit.static BYTE dmaNumberRx = 0; / number indicating which DMA channel is used for receive.static BYTE myAddress;volatile BYTE sppRxStatus = 0;volatile BYTE sppTxStatus = 0;static BYTE pAckBuffer7;static SPP_TX_STRUCT* pAckData;static volatile UINT8 retransmissionCounter;static UINT8 ackTimerNumber;static FUNCTION* rxCallBackFunction;/-/ See cul.h for a description of this function./-/設(shè)置用戶指定的回調(diào)函數(shù)，在接收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包死運(yùn)行/通過(guò)這個(gè)函數(shù)可以用程序來(lái)改變正確接收數(shù)據(jù)包后的動(dòng)作。/callBackFunction 用戶指定的函數(shù)/rxCallBackFunction 指向 FUNCTION 的全局變量指針變量void sppSetRxCallBackFunction(FUNCTION* callBackFunction) rxCallBackFunction = callBackFunction; / Ends sppSetRxCallBackFunction()/發(fā)送應(yīng)答/SPP_RX_STRUCT 定義在 cul.h/SFR( RFD , 0xD9 ) / RF Data 定義在ioCC2430.h/ myAddress 全局變量/ ACK cul.h 中宏定義/ ISTXON hal.h 中宏定義/ srcAddress 源地址void sendAck(SPP_RX_STRUCT* receivedPacket) RFD = SPP_HEADER_AND_FOOTER_LENGTH + SPP_ACK_LENGTH; RFD = receivedPacket-srcAddress; RFD = myAddress; RFD = ACK; RFD = 0; RFIF &= IRQ_TXDONE; ISTXON; while(!(RFIF & IRQ_TXDONE); return;參考文獻(xiàn)1 朱世華.程控?cái)?shù)字交換原理與應(yīng)用.西安：西安交通大學(xué)出版社，1993.2 李延文.中文版Visual Basic 6.0控件高級(jí)編程.北京：人民郵電出版社，2002年.3 徐順成.實(shí)用電子技術(shù)與電子產(chǎn)品匯編.北京：電子工業(yè)出版社，1993. 4 郝建國(guó).趙英杰.通用集成電路大全.北京：人民郵電出版社，1997.5 博創(chuàng)科技.物聯(lián)網(wǎng)嵌入式教學(xué)科研平臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.北京.2011.袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀