基于ARM7的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計—最終稿.doc

基于ARM7的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計最終稿 基于ARM7的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 目前,在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中,不少人對什么是嵌入式系統(tǒng)不甚了解。有些人搞了十多年的單片機(jī)應(yīng)用,不知道單片機(jī)就是一個最典型的嵌入式系統(tǒng);也有些人在解釋什么是嵌入式系統(tǒng)時,不是從定義出發(fā),而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點,往往不知所云。因此,有必要從現(xiàn)代計算的發(fā)展歷史,了解嵌入式系統(tǒng)的由來,從學(xué)科建設(shè)的角度來探討嵌入式系統(tǒng)較為準(zhǔn)確的定義。 智能家居(Smart Home)是利用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)和傳感技術(shù)等,依照人體工程學(xué)原理,將家居生活中的各類電子設(shè)備有機(jī)的結(jié)合在一起,通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理的一種嵌入式系統(tǒng)。 電子、通信、傳感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高,家居生活中的電子產(chǎn)品不但種類越來越多,功能更加完善,應(yīng)用更加普遍,而且越來越智能化,最普遍的家居生活電子產(chǎn)品種類達(dá)數(shù)百種,實現(xiàn)對如此之多的家居電子產(chǎn)品的綜合控制是智能家居發(fā)展的必然趨勢。文中提出的基于ARM7 的無線智能家居控制系統(tǒng),以ARM7 微處理器為核心 ,結(jié)合ZigBee 和GPRS 通信技術(shù),根據(jù)實際需要實現(xiàn)對家居電子設(shè)備進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程兩種方式的無線控制,本地控制是指在本地通過互聯(lián)網(wǎng)將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來實現(xiàn)各種家居電器的監(jiān)控,遠(yuǎn)程控制是指用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)短信將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各種家居電器的遠(yuǎn)距離監(jiān)控,這兩種控制方式的結(jié)合將給我們的工作和生活帶來極大的便捷,是未來智能化家居生活發(fā)展的必然趨勢。 關(guān)鍵詞:高速 ; 電子系統(tǒng)時代 ; 單片微型計算機(jī); 內(nèi)核 ; 智能家居;Based on ARM7 embedded home appliance the design of control systemABSTRACT at present, the application of embedded system in the area, many people of what is not very understanding of embedded system. Some people engage in more than 10 years of SCM application, do not know the SCM is one of the most typical embedded system; also some people in the interpretation of what is the embedded system, not from the definition, it lists some characteristics of embedded systems, often unintelligible. Therefore, it is necessary from the development history of modern computing, embedded system, from a viewpoint of subject construction of embedded system more accurate definition. Intelligent home furnishing Smart Home is the use of computer technology, network communication technology, integrated wiring technology and sensor technology, in accordance with human body engineering principle, the home furnishing life in various types of electronic equipment together organically, through the network of integrated intelligent control and management of an embedded system.Electronic, to achieve so much home furnishing products comprehensive control is the inevitable trend of the development of intelligent home furnishing. Based on the ARM7 wireless intelligent home furnishing control system, with ARM7 microprocessor as the core, the combination of ZigBee and GPRS communication technology, remote control is the use of computer networks or mobile phone short message control command will be transmitted to the control system to achieve a variety of home furnishing appliances remote monitoring, the two control modes of integration will give our work and life brought great convenience, is the future of intelligent home furnishing life development inevitable trend. Key words: high speed electronic ;system of single chip; microcomputer ;intelligent home;furnishing kernel Era;目錄第一章 引言I1.1基于ARM7的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計概述I1.2 家電控制系統(tǒng)的背景及意義I1.2.2研究意義I1.3 國內(nèi)外家電控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀I(lǐng)I1.3.1家電控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展II132家電控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀I(lǐng)I1.4 本文的主要內(nèi)容III第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計IV2.1總體結(jié)構(gòu)IV2.2 工作過程V功能:具體功能如下通過GUI用戶界面選擇不同模式VI第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計VIII3.1 Mini2440 開發(fā)板外觀VIII3.2 Mini2440 開發(fā)板硬件資源特性VIII第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計XIII4. 1程序模塊化設(shè)計XIII4.1.1 DM9000驅(qū)動程序模塊XIII4.1.2 LED仿真程序模塊XIV4.1.3 Lwip協(xié)議棧模塊XIV4.1.4 Web數(shù)據(jù)處理程序模塊XVI4.1. 5 觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序模塊XVII4.2結(jié)構(gòu)XVIII4.3子程序設(shè)計XIX4.3.1 視頻編碼設(shè)計XIX4.3.2網(wǎng)頁登錄界面編碼設(shè)計XXI4. 3. 3 網(wǎng)頁控制界面編碼設(shè)計XXI4. 3 .4溫度采集程序編碼設(shè)計XXII第五章 系統(tǒng)的可靠性XXV第六章 總結(jié)與展望XXVII6.1總結(jié)XXVII62展望XXVII謝詞XXVIII參考文獻(xiàn)XXIX附錄XXX第一章 引言1.1基于ARM7的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計概述 如果說建筑是凝固的音樂,那么完美的家庭智能化自動控制系統(tǒng)則是這首樂曲上絕妙的 音符。在科技發(fā)達(dá)、物質(zhì)富庶的今天,自控系統(tǒng)已不單純是實現(xiàn)室內(nèi)基本安防、照明、采暖 的工具,而且是建筑裝飾的一種實用藝術(shù)品,是自動化技術(shù)與建筑藝術(shù)的統(tǒng)一體。完善的自 控系統(tǒng)集裝飾、照明、安防及節(jié)能于一身,盡力達(dá)到完美與和諧的統(tǒng)一,充分利用科學(xué)與藝 術(shù)的搭配,光與影的組合以及安防與空調(diào)的自動控制來創(chuàng)造各種舒適、優(yōu)雅的環(huán)境,以加強(qiáng) 室內(nèi)空間效果的氣氛。試想,當(dāng)房子的主人回到家,只要在門口的卡片閱讀機(jī)刷一下卡或是指紋辨識、感應(yīng) 磁卡等 ,家庭自動化系統(tǒng)在做過安全認(rèn)證后,首先安防系統(tǒng)會先撤防,門禁系統(tǒng)會開門, 燈光控制系統(tǒng)的迎賓模式場景會將室內(nèi)燈光和緩的開啟,空調(diào)系統(tǒng)也啟動了,若是晚間則客 廳的電動窗簾會自動關(guān)閉,最后音響系統(tǒng)將您最喜歡的那首帕海貝爾的卡農(nóng)演奏曲播放出 來。而這一切的動作只是在一個起始動作后即門禁的讀卡動作 ,全部自動完成。這不難想 到,以上所提到的子系統(tǒng)間勢必要有一可互操作性Interoperable的關(guān)系,而其關(guān)鍵便是一個開放性的網(wǎng)絡(luò)平臺及架構(gòu)。1.2 家電控制系統(tǒng)的背景及意義1.2.1 家電控制系統(tǒng)的背景 近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶、計算機(jī)的處理能力和存儲容量的迅速提高,以及各種視屏信息處理技術(shù)的出現(xiàn),全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視屏監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢愈發(fā)明顯,其高度的開放性、集成性、和靈活性為視屏監(jiān)控和設(shè)備的整體性能的提升創(chuàng)造了條件,同時也為整個社會的安全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的空間,市場上的各種嶄新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn),應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是嵌入式領(lǐng)域前沿的應(yīng)用模式之一。1.2.2研究意義 嵌入式系統(tǒng)以其成度高、體積小、低功耗、成本低、速度快、可靠性強(qiáng)及穩(wěn)定性高等特點得到越來越廣泛的應(yīng)用,尤其是隨著近來電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,與嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的應(yīng)用也越來越多。網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控可以安裝在室內(nèi)例如公司的經(jīng)理可以對公司內(nèi)部員工進(jìn)行實時監(jiān)控從而督促員工提高業(yè)績,安裝在家庭中防盜,倉庫以及連鎖超市等。也可以安裝在戶外,使用一些戶外設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控的處所,比如建筑工地、小區(qū)別墅、工廠、道路等。可以達(dá)到出門在外也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控,不受地域范圍的約束。1.3 國內(nèi)外家電控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.3.1家電控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展 多年來,遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從第一代模擬系統(tǒng)(VCR),到第二代部分?jǐn)?shù)字化的系統(tǒng)(DVR/NVR),再到第三代全數(shù)字化的系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器)三個階段的發(fā)展演變。這是一個從集中監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的發(fā)展歷史,早期的監(jiān)控系統(tǒng),采用大型儀表集中對各個重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,并通過操作盤來進(jìn)行集中式操作,而計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測控制計算機(jī)為主體,加上檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象共同構(gòu)成的整體。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理中,大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實時檢測、監(jiān)督管理和自動控制。由于嵌入式行業(yè)生產(chǎn)過程控制的高環(huán)境適應(yīng)性、高實時性、和高可靠性等特點,遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)一直沿著自己的道路發(fā)展,這種系統(tǒng)以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),使系統(tǒng)資源分配趨于合理。遠(yuǎn)程監(jiān)控是本地計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如Internet/Intranet,對遠(yuǎn)端進(jìn)行監(jiān)視和控制,完成對分散控制網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備的診斷維護(hù)等功能并且要能夠及時地監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行有效控制。 這一過程中遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備雖然在功能和性能上得到了極大的提高但是也仍然受到一些因素的限制,包括遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置和以及視頻監(jiān)控設(shè)備在功能和性能上的局限性。Internet能實現(xiàn)資源的共享,從而使人們有能力解決以前在極有限的資源下很難解決的問題,為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。1.3. 2家電控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 隨著因特網(wǎng)日趨普及,家用電器也開始革新并被賦予信息功能。目前,人們熟知的電視、電話、電冰箱、收音機(jī)等老家電,在國外已被改頭換面為網(wǎng)絡(luò)家電,成為二十一世紀(jì)的新寵.網(wǎng)絡(luò)沖浪電視機(jī)能使用戶邊看電視節(jié)目,邊在互聯(lián)網(wǎng)上巡游,并可以把與電視節(jié)目有關(guān)的網(wǎng)址下載,還可通過E-mail傳送視頻、音頻及靜態(tài)圖像,也可連接打印機(jī),將所需網(wǎng)絡(luò)的資料打印出來;網(wǎng)絡(luò)可視電話與家用電腦的網(wǎng)絡(luò)連接裝有因特網(wǎng)軟件聲卡、麥克風(fēng)揚(yáng)聲器和視像屏幕,不僅可以在網(wǎng)上面對面聊天,還能通過因特網(wǎng)撥號到美國、日本、法國、德國等世界各地直通長途電話,收費便宜。網(wǎng)絡(luò)信息冰箱則以游戲機(jī)上網(wǎng)為先導(dǎo),冷凍室門是38厘米液晶顯示屏,可接收有線電視或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的信息,并可通過主頁傳遞家庭電子郵件或本地區(qū)各類信息;網(wǎng)絡(luò)全球收音機(jī)通過通訊衛(wèi)星接收全球1000多家廣播電臺的信號,調(diào)頻清晰,音質(zhì)尤佳,并可以進(jìn)入因特網(wǎng)收聽各種綜合服務(wù)的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)家電的國際市場可謂色彩斑斕,日新月異。 網(wǎng)絡(luò)家電的大潮不僅在國外洶涌澎湃,國內(nèi)的家電市場同樣波瀾不興。銀灰色的海爾網(wǎng)絡(luò)電器是海爾設(shè)在美國硅谷的海爾研發(fā)中心經(jīng)過3年多的潛心研究自主開發(fā)出的一整套網(wǎng)絡(luò)家電。海爾推出的網(wǎng)絡(luò)家電包括網(wǎng)絡(luò)微波爐、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)洗衣機(jī)、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)熱水器、網(wǎng)絡(luò)洗碗機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、可視電話、便攜筆記本電腦、自動窗簾等十多個門類近百個品種。隨著家電市場競爭的加劇,長虹加強(qiáng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級換代。就網(wǎng)絡(luò)家電方面,長虹與IBM高層代表團(tuán)進(jìn)行了專題技術(shù)交流,并探討建立戰(zhàn)略合作的具體事宜。1999年,以交互式寬帶多媒體信息網(wǎng)投入商業(yè)運(yùn)作為標(biāo)志,長虹拉開了進(jìn)軍有線電視網(wǎng)絡(luò)、從事增值服務(wù)的序幕。 目前,海爾、思科、IBM、科龍等企業(yè)都致力于網(wǎng)絡(luò)家電的開發(fā)?？梢?老家電風(fēng)光不再,取而代之的網(wǎng)絡(luò)家電將會在新世紀(jì)的家電市場叱咤風(fēng)云。1.4 本文的主要內(nèi)容 家電無線接入模塊,實現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程控制。無線接入模塊采用TI的CC1100,因特網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)采用嵌入式ARM7平臺,形成一個相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),有效實現(xiàn)家用電器與用戶之間的雙向通信主要技術(shù)1uC/OS-II在處理器中的移植,移植是整個系統(tǒng)實現(xiàn)的重點難點,uC/OS-II內(nèi)核與處理器相關(guān)文件有C語言文件OS-CPU.H、OS-CPU.C和匯編文件OS-CPU.ASM。主要移植工作就是針對這些文件做一些改寫,使之與處理器相適合。主要技術(shù)2DMA雙向數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個地址空間復(fù)制到另外一個地址空間,在實現(xiàn)DMA傳輸時,存在著一個總線控制權(quán)轉(zhuǎn)移的問題。一個完整的DMA傳輸經(jīng)過:DMA請求?DMA響應(yīng)?DMA傳輸?DMA結(jié)束。主要技術(shù)3LwIP協(xié)議棧,LwPI協(xié)議實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧最基本的功能,能夠發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)分組、支持IP分片以及能夠處理部分IP選項,最終實現(xiàn)五層協(xié)議的以太網(wǎng)。主要技術(shù)4運(yùn)用JAVA語言編寫遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控視頻客服端。第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1總體結(jié)構(gòu)圖2.1總體結(jié)構(gòu)模塊詳情情況如表2.1所示:模塊名稱模塊標(biāo)識符網(wǎng)頁登陸界面WebpageLandInterface網(wǎng)頁控制界面WebpageControlInterfaceDM9000驅(qū)動程序DM9000DriverLwip協(xié)議棧LwipWeb數(shù)據(jù)處理程序WebServer視頻項目Video溫度采集程序getTempLED仿真程序LedSimulation觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序TouchDataHandleGUI界面控制程序GUIControl表2.1模塊詳情2.2 工作過程圖2.2工作過程MainTaskStk主任務(wù))在主任務(wù)中完成初始化操作,并創(chuàng)建了系統(tǒng)需要的所有任務(wù),掛起相應(yīng)界面任務(wù)。TaskNetWork協(xié)議棧任務(wù)初始化LWIP協(xié)議棧和網(wǎng)卡DM9000。TaskSockert套接字任務(wù)建立網(wǎng)頁服務(wù)器。TaskVideo視頻任務(wù)用于開啟和關(guān)閉攝像頭采集,處理網(wǎng)頁控制消息,視頻界面消息。TaskWindow窗戶任務(wù)用于窗戶的開啟和關(guān)閉,處理網(wǎng)頁控制消息,窗口界面消息。TaskLight電燈任務(wù)用于電燈的開啟和關(guān)閉,處理網(wǎng)頁控制消息,電燈界面消息。TaskTemp采集溫度任務(wù)采集溫度。TaskUserInterface主界面任務(wù)初始化GUI,布局主界面及按鍵處理。TaskFamilyInterface家庭界面任務(wù)布局家庭界面任務(wù)及按鍵處理。TaskNetInterface布局家庭界面任務(wù)及按鍵處理。TaskWindowInterface布局窗戶界面任務(wù)及按鍵處理。TaskLightInterface布局電燈界面任務(wù)及按鍵處理。TaskTempInterface布局溫度界面任務(wù)及按鍵處理。TaskVideoInterface布局家庭界面任務(wù)及按鍵處理。TaskHelpInterface用于顯示幫助手冊及按鍵處理。TaskAboutInterface用于顯示制作團(tuán)隊和軟件版本,按鍵處理。程序描述:此模塊是為了能在網(wǎng)絡(luò)上監(jiān)控家里的情況和控制家里的電器,提供了人性化交互界面,可遠(yuǎn)程控制也可本地控制。本程序?qū)儆诔ｑv內(nèi)存,可重入,有覆蓋要求,并發(fā)處理的模塊。功能:具體功能如下通過GUI用戶界面選擇不同模式遠(yuǎn)程模式:可在Internet通過瀏覽器輸入網(wǎng)址和登錄密碼監(jiān)控家里的情況和控制家里的電器。本地模式:通過GUI用戶界面在開發(fā)板上直接控制家里的電器。性能:1.精度:對數(shù)據(jù)要正確的輸入,否則系統(tǒng)將會自動退出。2.時間性:該模塊響應(yīng)時間比較迅速,當(dāng)用戶正確的操作時,系統(tǒng)很快的進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受,處理和傳送。以達(dá)到實時性的基本要求。3.靈活性:紅外遙控控制改變?yōu)榇诩t外模式控制。用戶接口:在用戶界面接口,根據(jù)需求分析結(jié)果,用戶需要一個用戶友善界面。在界面設(shè)計上,應(yīng)做到簡單明了,易于操作,并且要注意到界面的布局,應(yīng)突出的顯示重要的信息。用戶在使用遠(yuǎn)程控制時需登陸網(wǎng)址,在進(jìn)入用戶界面時,需用戶登錄有自己設(shè)置的用戶名、密碼、驗證碼。同時,運(yùn)行出錯時應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)形式給出出錯提示?？偟膩碚f,系統(tǒng)的用戶界面應(yīng)做到可靠性、簡單性、易學(xué)習(xí)與使用。外部接口:本系統(tǒng)同外界的接口有家庭模式與遠(yuǎn)程模式用戶界面、串口通信接口、軟件與硬件的接口有USB下載線、開發(fā)板與電源的接口電源線、攝像頭和各種用戶想要控制的電器與開發(fā)板的接口。內(nèi)部接口:網(wǎng)絡(luò)模塊:向網(wǎng)絡(luò)和個任務(wù)提供數(shù)據(jù)接口。觸摸屏模塊:為門鈴響應(yīng)任務(wù)模塊提供接口。存儲分配:本模塊由C語言和嵌入式操作系統(tǒng)編碼實現(xiàn)。所以內(nèi)存分配在程序運(yùn)行時由系統(tǒng)自動完成。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 Mini2440 開發(fā)板外觀 圖3.1 Mini2440 開發(fā)板外觀3.2 Mini2440 開發(fā)板硬件資源特性 CPU 處理器 - Samsung S3C2440A,主頻400MHz ,最高 533Mhz SDRAM 內(nèi)存 - 在板 64M SDRAM - 32bit 數(shù)據(jù)總線 - SDRAM 時鐘頻率高達(dá) 100MHz FLASH 存儲 在板 256M/1GB Nand Flash, 掉電非易失用戶可定制 64M/128M/256M/512M/1G 在板 2M Nor Flash ,掉電非易失,已經(jīng)安裝BIOS LCD 顯示 - 板上集成 4 線電阻式觸摸屏接口,可以直接連接四線電阻觸摸屏 - 支持黑白、4 級灰度、16 級灰度、256 色、4096 色 STN 液晶屏,尺寸從 3.5 寸到 12.1 寸,屏幕分辨率可 以達(dá)到 1024x768 象素; - 支持黑白、4 級灰度、16 級灰度、256 色、64K 色、真彩色 TFT 液晶屏,尺寸從 3.5 寸到 12.1 寸,屏幕 分辨率可以達(dá)到 1024x768 象素; - 標(biāo)準(zhǔn)配置為統(tǒng)寶 3.5” 真彩 LCD ,分別率240x320 ,帶觸摸屏; 接口和資源 1 個 100M 以太網(wǎng)RJ-45 接口采用 DM9000 網(wǎng)絡(luò)芯片 - 3 個串行口 - 1 個 USB Host - 1 個 USB Slave B 型接口 - 1 個 SD 卡存儲接口 - 1 路立體聲音頻輸出接口,一路麥克風(fēng)接口; - 1 個 2.0mm 間距 10 針 JTAG 接口 4 USER Leds - 6 USER buttons帶引出座 - 1 個 PWM 控制蜂鳴器 - 1 個可調(diào)電阻,用于 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換測試 - 1 個 I2C 總線 AT24C08 芯片,用于 I2C 總線測試 - 1 個 2.0 mm 間距20pin 攝像頭接口 - 板載實時時鐘電池 - 電源接口5V,帶電源開關(guān)和指示燈 系統(tǒng)時鐘源 - 12M 無源晶振 實時時鐘 - 內(nèi)部實時時鐘(帶后備鋰電池) 擴(kuò)展接口 1 個 34 pin 2.0mmGPIO 接口 1 個 40 pin 2.0mm 系統(tǒng)總線接口 規(guī)格尺寸 - 100 x 100mm 操作系統(tǒng)支持 - Linux + Qtopia-2.2.0+QtE-4.6.1獨創(chuàng)雙圖形系統(tǒng)共存,無縫切換 - WindowsCE.NET 6.0R31,串口電路圖1 串口電路2.USB端口電路圖2 USB端口電路3.復(fù)位電路圖3 復(fù)位電路4.CMOS攝像頭接口圖4 CMOS攝像頭接口 CMOS的優(yōu)點是靈活度高,通透新一般,對實物還原能力偏差曝光也都不太好,在采用CMOS為感光元件的產(chǎn)品中通過采用影像光源自動增益不強(qiáng)技術(shù),自動連讀,白平衡控技術(shù),色飽和度,對比度,邊緣增強(qiáng)好。功耗比較低,CMOS影像傳感器將每一畫像素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓,讀取前就將其放大,利用3.3V電源即可驅(qū)動TESEDT pin 沒有引出,由芯片里面的控制,SBCL/SBDA pin 里面的已有上拉電阻,系統(tǒng)可以不加上拉電阻第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4. 1程序模塊化設(shè)計4.1.1 DM9000驅(qū)動程序模塊圖4.1.1 DM9000驅(qū)動程序模塊DM9000驅(qū)動程序模塊詳情如表4.1.1:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述S3C2440lib_emac.cDM9000_init初始化DM9000網(wǎng)卡S3C2440lib_emac.cEMACReadPacket()接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包S3C2440lib_emac.cEMACSendPacket()DM9000向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包 表DM9000驅(qū)動程序模塊4.1.1 DM9000驅(qū)動程序: 對DM9000網(wǎng)卡進(jìn)行初始化,通過 DM9000接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),通過 DM9000向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的,單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器。它有一個一般處理接口,一個10/100M自適應(yīng)的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能進(jìn)程的3.3V與5V的支持寬容,DM9000還提供了介質(zhì)無關(guān)的接口,來連接所有提供支持介質(zhì)無關(guān)接口功能的家用電話線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其他收發(fā)器。該DM9000支持8位,16位和32 -位接口訪問內(nèi)部存儲器,以支持不同的處理器。DM9000物理協(xié)議層接口完全支持使用10MBps下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100MBps下5類非屏蔽雙絞線。這是完全符合IEEE 802.3u規(guī)格。它的自動協(xié)調(diào)功能將自動完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。還支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。這個工作里面DM9000是非常簡單的,所以用戶可以容易的移植任何系統(tǒng)下的端口驅(qū)動程序4.1.2 LED仿真程序模塊圖4.1.2 LED仿真程序模塊LED仿真程序: 控制LED的亮和滅,用戶能正確地控制led的亮和滅,功能如表所示:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述S3C2440sourceled.cLed_onLED亮函數(shù)S3C2440sourceled.cLed_offLED滅函數(shù)表4.1.2 LED仿真程序模塊include 2440addr.h#define LED1_ON15#define LED2_ON16#define LED3_ON17#define LED4_ON18#define LED1_OFF15#define LED2_OFF16#define LED3_OFF17#define LED4_OFF18void delayint timesint i; for;times0;times- fori0;i400;i+;void Led_port_initvoid/*設(shè)置GPB5-GPB8為輸出端口*/ rGPBCON & 310|312|314|316; rGPBCON | 110|112|114|116;void Led_onint iifi1rGPBDAT rGPBDAT&LED1_ON;else ifi2rGPBDAT rGPBDAT&LED2_ON;else ifi3rGPBDAT rGPBDAT&LED3_ON;elserGPBDAT rGPBDAT&LED4_ON;void Led_offint iifi1rGPBDAT rGPBDAT|LED1_OFF;else ifi2rGPBDAT rGPBDAT|LED2_OFF;else ifi3rGPBDAT rGPBDAT|LED3_OFF;elserGPBDAT rGPBDAT|LED4_OFF;void Led_on_offvoid/* 全亮 */rGPBDAT rGPBDAT&LED1_ON&LED2_ON&LED3_ON&LED4_ON; delay500; /* 全滅 */rGPBDAT rGPBDAT|LED1_OFF|LED2_OFF|LED3_OFF|LED4_OFF;delay500; 4.1.3 Lwip協(xié)議棧模塊圖4.1.3 Lwip協(xié)議棧模塊Lwip協(xié)議棧模塊詳情如表4.1.3本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述LwIPapi_lib,cnetconn_new建立網(wǎng)絡(luò)套接字接口LwIPapi_lib,cnetconn_bind綁定端口號LwIPapi_lib,cnetconn_listen監(jiān)聽連接請求S3C2440lib_emac.cDM9000_init含有設(shè)置Lwip協(xié)議棧的MAC地址LwIPnetifethernetif.clow_level_init設(shè)置Lwip協(xié)議棧的MAC地址,要和DM9000的MAC地址一樣LwIPLwIPEntry.c_ilvSetLwIP設(shè)置IP地址,掩碼,網(wǎng)關(guān) 表Lwip協(xié)議棧模塊 4.1.3 Lwip協(xié)議棧: 處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議. 看懂LwIP協(xié)議棧的工作原理,使用Lwip提供的網(wǎng)絡(luò)編程函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程,處理網(wǎng)頁數(shù)據(jù),能成功接收到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù),能成功發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)中,能設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如IP地址,掩碼,網(wǎng)關(guān),MAC LwIP是Light Weight 輕型IP協(xié)議,有無操作系統(tǒng)的支持都可以運(yùn)行。LwIP實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM 的占用,一般它只需要幾百字節(jié)的RAM和40K左右的ROM就可以運(yùn)行,這使LwIP協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統(tǒng)中使用。 其主要特性如下: 支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā); 支持ICMP協(xié)議; 包括實驗性擴(kuò)展的UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議; 包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP傳輸控制協(xié)議; 提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口Raw API,用于提高應(yīng)用程序性能; 可選擇的Berkeley接口API 在多線程情況下使用? 4.1.4 Web數(shù)據(jù)處理程序模塊圖4.1.4 Web數(shù)據(jù)處理程序模塊Web數(shù)據(jù)處理程序: 處理網(wǎng)頁數(shù)據(jù). 能正確提取出網(wǎng)頁的控制信息,并根據(jù)控制信息作出相應(yīng)的處理如表4.1.4所示:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述LwIPcoreWebServr.cget_Value 提取網(wǎng)頁的請求信息,如用戶名、密碼、控制界面的控制信號LwIPcoreWebServr.cdo_http_get根據(jù)提取的網(wǎng)頁信息,給處理任務(wù)發(fā)送相應(yīng)的處理消息,如開啟視頻,關(guān)閉視頻等。LwIPcoreWebServr.cgenerate_response 對函數(shù)do_http_get進(jìn)行的應(yīng)用包裝LwIPcoreWebServr.cDM9000_init含有設(shè)置Lwip協(xié)議棧的MAC地址LwIPcoreWebServr.clow_level_init設(shè)置Lwip協(xié)議棧的MAC地址,要和DM9000的MAC地址一樣LwIPcoreWebServr.c_ilvSetLwIP設(shè)置IP地址,掩碼,網(wǎng)關(guān)表Web數(shù)據(jù)處理程序模塊 4.1.44. 1. 5 觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序模塊圖4. 1. 5 觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序模塊觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序: 畫出用戶界面并作出相應(yīng)處理, 通過用戶界面控制本地模式和遠(yuǎn)程模式的切換功能如表4. 1. 5 觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序模塊本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述uC_GUIWidgetbutton.cBUTTON_Create創(chuàng)建按鍵函數(shù)uC_GUIWidgetbutton.cBUTTON_SetFont 設(shè)置按鍵字體函數(shù)uC_GUICoreGUI_OnKey,cGUI_GetKey獲取按鍵信息函數(shù)表4. 1. 5 觸摸屏數(shù)據(jù)處理程序和GUI界面控制程序模塊4.2結(jié)構(gòu) 圖4.2 結(jié)構(gòu)流程圖功能需求與程序的關(guān)系 本條用一張如下的矩陣圖說明各項功能需求的實現(xiàn)同各塊程序的分配關(guān)系如表4.3所示:功能需求主任務(wù)初始化創(chuàng)建子任務(wù)模塊Lwip協(xié)議棧模塊溫度采集模塊視頻模塊DM9000驅(qū)動模塊網(wǎng)頁控制界面模塊網(wǎng)頁登陸界面模塊觸摸屏模塊網(wǎng)頁登陸網(wǎng)頁控制本地控制修改密碼攝像溫度顯示表4.3需求關(guān)系人工處理過程 本軟件系統(tǒng)的工作過程中需要用戶按照界面提示選擇想要控制的按鈕,當(dāng)要實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的時候需要用戶登錄網(wǎng)頁進(jìn)入用戶界面進(jìn)行登錄。 4.3子程序設(shè)計4.3.1 視頻編碼設(shè)計 圖4.3.1 視頻編碼設(shè)計 視頻模塊: 控制攝像頭的視頻播放,照相,視頻的放大縮小, 能正確控制攝像頭的視頻播放,照相,視頻的放大縮小。用戶可以再用戶界面控制視頻播放,照相,放大和縮小功能如:*LCD視頻和控制信號輸出或者停止,1開啟視頻輸出*/*static void Lcd_EnvidOnOffint onoffifonoff1rLCDCON1|1; / ENVIDON elserLCDCON1 rLCDCON1 & 0x3fffe; / ENVID Off*/*不過在此之前要進(jìn)行視頻的調(diào)試和視頻的初始化等如表4.3.1 視頻編碼設(shè)計所示:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述Camifcamif.c CamInit攝像頭的初始化Camifcamif.cCamera_Test 控制攝像頭的視頻播放表4.3.1 視頻編碼設(shè)計所示4.3.2網(wǎng)頁登錄界面編碼設(shè)計 圖4.3.2網(wǎng)頁登錄界面編碼設(shè)計網(wǎng)頁登陸界面: 以字符串的形式儲存網(wǎng)頁數(shù)據(jù),對瀏覽器提出的登錄請求做出響應(yīng),即瀏覽器提出連接請求時,該模塊要把登陸界面網(wǎng)頁數(shù)據(jù)發(fā)送出去如表4.3.2所示:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述LwIPcoreWebServer.cbuf_entry_登陸網(wǎng)頁數(shù)據(jù)數(shù)組LwIPcoreWebServer.cStrcat()將網(wǎng)頁數(shù)據(jù)連接成完整的LwIPsrcapiapi_etconn_write()LwIP發(fā)送函數(shù),將網(wǎng)頁數(shù)據(jù)發(fā)送出去 表4.3.2網(wǎng)頁登錄界面編碼 4. 3. 3 網(wǎng)頁控制界面編碼設(shè)計圖4. 3. 3 網(wǎng)頁控制界面編碼設(shè)計網(wǎng)頁登陸界面: 登錄成功后發(fā)送控制界面,并處理控制命令, 以字符串的形式儲存網(wǎng)頁數(shù)據(jù),當(dāng)輸入正確的用戶名和密碼時發(fā)送控制界面的網(wǎng)頁數(shù)據(jù),并對控制頁面發(fā)出的控制信息請求做出響應(yīng)。如表4.3.3所示:本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述LwIPcoreWebServer.cbuf_main_登陸網(wǎng)頁數(shù)據(jù)數(shù)組LwIPcoreWebServer.cStrcat()將網(wǎng)頁數(shù)據(jù)連接成完整的LwIPsrcapiapi_etconn_write()LwIP發(fā)送函數(shù),將網(wǎng)頁數(shù)據(jù)發(fā)送出去表4.3.3網(wǎng)頁控制界面編碼設(shè)計4. 3 .4溫度采集程序編碼設(shè)計圖4. 3 .4溫度采集程序編碼設(shè)計溫度采集程序: 采集ADC數(shù)據(jù)來模擬溫度, 能正確提取出網(wǎng)頁的控制信息,并根據(jù)控制信息作出相應(yīng)的處理如表4.3.4所示本功能的模塊組合文件名稱類名功能描述S3C2440sourceADC.cReadAdc采集ADC數(shù)據(jù)來模擬溫度表4.3.4溫度采集程序編碼設(shè)計#include 2440addr.h#define LOOP 10000#define ADC_FREQ 2500000volatile U32 preScaler 50000000/ADC_FREQ -1;int ReadAdcint chint i; static int prevCh-1; rADCCON 114|preScaler6|ch3;/setup channel ifprevCh!ch rADCCON 114|preScaler6|ch3;/setup channelfori0;iLOOP;i+;/delay to set up the next channelprevChch; rADCCON|0x1;/start ADC whilerADCCON & 0x1; /check if Enable_start is low while!rADCCON & 0x8000;/check if ECEnd of Conversion flag is high return intrADCDAT0 & 0x3ff ;第五章 系統(tǒng)的可靠性 由于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)有軟硬件兩部分組成,首先,硬件部分可能由于長時間的使用,當(dāng)周圍環(huán)境的濕度比較大時,空氣中的灰塵就會粘附到硬件上,這樣,長期以往,就有可能造成部分電路出現(xiàn)短路現(xiàn)象。所以需要技術(shù)人員或者用戶要經(jīng)常去清洗硬件部分,去維護(hù)硬件,以達(dá)到更長的使用時間。其次,軟件部分需要在設(shè)計階段就要進(jìn)行周密的考慮,制定測試計劃,反復(fù)的對其進(jìn)行測試,以達(dá)到在產(chǎn)品成型后將出現(xiàn)故障可能性降低到零。因為軟件一但下載到目標(biāo)板后維護(hù)起來就比較困難。 高可靠性和高穩(wěn)定性是系統(tǒng)設(shè)計的首要目標(biāo),在設(shè)計中要充分考慮家居應(yīng)用中可能出現(xiàn)的情況,在設(shè)備選型時,在條件允許的情況下,盡可能選取高可靠性和高穩(wěn)定性的設(shè)備,關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)有備份,以保障系統(tǒng)在任何條件下的正常使用。 實用性 :兼顧多媒體、音視頻、家電互連互控等多種使用功能,務(wù)必講究簡潔實用,滿足各種使用要求。系統(tǒng)要保證技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的可能性。當(dāng)今科技發(fā)展迅速,可應(yīng)用于住宅小區(qū)的技術(shù)和產(chǎn)品層出不窮,設(shè)計選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品應(yīng)能夠使用戶或甲方得到實實在在的受益,滿足近期使用和遠(yuǎn)期發(fā)展的需要。在多種實現(xiàn)途徑中,選擇最經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)與方法。以現(xiàn)有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品為對象進(jìn)行設(shè)計,同時考慮到周邊信息、通信環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,并兼顧管理部門的要求,使系統(tǒng)設(shè)計方案可行。 移動性 :在設(shè)計中充分考慮多種設(shè)備的可公用性,即可以移動及組合使用,從而大大提高系統(tǒng)設(shè)備的利用率,使整體上滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 為滿足系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行能力,以及系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)和系統(tǒng)功能擴(kuò)展的需要,系統(tǒng)設(shè)計必須堅持系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。系統(tǒng)的開放性已成為當(dāng)今系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。系統(tǒng)的開放性越強(qiáng),系統(tǒng)集成商就越能夠滿足用戶對系統(tǒng)的設(shè)計要求,更能體現(xiàn)出科學(xué)、方便、經(jīng)濟(jì)、實用的原則。 開放性和標(biāo)準(zhǔn)性 :在設(shè)計中要按照高起點、高質(zhì)量、高可靠性的原則設(shè)計,采用先進(jìn)和成熟的設(shè)備及施工工藝,保證系統(tǒng)的技術(shù)水平和長期生命力。 系統(tǒng)設(shè)計既要考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性,更要注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具有較高的可靠性,在系統(tǒng)故障或事故造成系統(tǒng)癱瘓后,能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性,并具備迅速恢復(fù)的功能。特別在重要的系統(tǒng)中,應(yīng)具有高的冗余性,確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。 擴(kuò)充性 :各系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)共享功能,可以與其它系統(tǒng)相聯(lián),以便于獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)具有Internet及網(wǎng)絡(luò)接口,便于查詢所需信息或進(jìn)行信息發(fā)布。 為了適應(yīng)系統(tǒng)功能變化的要求,系統(tǒng)設(shè)計充分體現(xiàn)以最簡便的方法、最經(jīng)濟(jì)的投資,實現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。 理想的住宅小區(qū),除了要有合理的規(guī)劃、優(yōu)美的環(huán)境和配套齊全的設(shè)施等“硬件”環(huán)境外,小區(qū)內(nèi)的“軟件”環(huán)境也同樣重要,即多樣化的信息服務(wù)、安全舒適的居住環(huán)境、方便周到的物業(yè)管理和豐富多彩的社區(qū)文化。 智能性及友善性 :設(shè)計中使用的界面應(yīng)盡可能友善,操作盡可能簡單,便于用戶的使用。 第六章 總結(jié)與展望6.1總結(jié) 基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了本地模擬信號監(jiān)控系統(tǒng),數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等發(fā)展過程,現(xiàn)在正在向前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。因此把嵌入式設(shè)備作為監(jiān)控前端,把模擬的視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并引入lwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,實現(xiàn)隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控是視頻監(jiān)控發(fā)展的一個方向。 使用實時采