嵌入式結(jié)課論文

1、 無線智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè) 電子信息工程班 級40916姓 名張勝男指導教師李志華2012年 04 月 08 日摘要：隨著計算機技術(shù)，通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，智能家居正逐步走進人們的生活。一個典型的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)提供安防、家電控制、遠程抄表和信息服務(wù)等功能。本文設(shè)計并實現(xiàn)了其中的智能家電控制系統(tǒng)。本文提出的基于ARM9 的無線智能家居控制系統(tǒng)，以ARM9 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)備進行本地和遠程兩種方式的無線控制關(guān)鍵詞：嵌入式 ARM9 無線 智能家居引言: 智能家居，或稱智能住宅，在英文中常用Smart Home。智能

2、家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。智能家居不僅提供了全方位的信息交換功能，還優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，幫助人們有效地安排時間、節(jié)約各種能源，實現(xiàn)了家電控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、計算機控制、定時控制以及電話遠程遙控等功能。隨著Internet向普通家庭生活不斷擴展，消費電子、計算機、通訊一

3、體化趨勢日趨明顯，現(xiàn)代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特點在21世紀將成為現(xiàn)代社會和家庭的新時尚。當家庭智能網(wǎng)關(guān)將家庭中各種各樣的家電通過家庭總線技術(shù)連接在一起時，就構(gòu)成了功能強大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用，隨著成本的逐步降低，中國的智能家居最終將走向嵌入式。 1、 無線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能無線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能文中提出的基于ARM9 的無線智能家居控制系統(tǒng)主要包括ARM9 核心控制模塊，無線通信模塊、LCD 觸摸屏模塊和家居電器，另外還有傳感檢測，語音報警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模型 圖如圖1 所示。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模型

4、圖其中ARM 是整個系統(tǒng)的控制核心，通過GPRS 和ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)控制指令實現(xiàn)對家居電器進行綜合監(jiān)控，同時提供防火墻的功能，阻止外界對家庭內(nèi)部設(shè)備的非法訪問和攻擊。無線通信模塊分為本地和遠程兩部分，本地通信主要通過新型的ZigBee 無線通信技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達到對其控制；遠程通信是利用手機通過GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)或利用計算機通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進而達到對家居電器的遠程監(jiān)控。采用無線通信技術(shù)省去了布線使家居布局更加靈活，遠程控制使家居電器工作更加貼近人們的工作和生活要求。智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括：家居電器的綜合監(jiān)控：對所控制的家居電器進行開關(guān)、工作

5、參數(shù)的設(shè)置和工作狀態(tài)的檢測。室內(nèi)環(huán)境信息采集：采集家居環(huán)境的溫度、濕度信息和煤氣、煙氣等有毒氣體的檢測。自動報警：當檢測到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標，或檢測到有陌生人強行開啟室門或進入室內(nèi)時就自動報警，告知居室主人。本地控制：用戶在本地可通過計算機或家居電器本身的操作鍵對家居電器進行監(jiān)控。遠程控制：用戶遠程可以通過手機短息或互聯(lián)網(wǎng)對家居電器進行控制或工作狀況查詢。安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設(shè)備均可實現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對某設(shè)備進行操作，或某設(shè)備工作狀態(tài)異常時，系統(tǒng)將立即通知主人，以達到安全和防盜的目的。2、 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9 微處理器、GPRS

6、通信網(wǎng)絡(luò)、ZigBee通信技術(shù)、LCD 觸摸屏、語音報警和電源等模塊組成。3、 ARM9 微處理器微處理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微處理器, 采用了ARM920T 的內(nèi)核，0.13um的CMOS 標準宏單元和存儲器單元，最高主頻可以達到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 實現(xiàn)了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)具有獨立的16Kb 指令Cache和16Kb 數(shù)據(jù)Cache，每個都是由具有8 字長的行組成。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，無需配置額外的組件從而減少整體系統(tǒng)成本，為手持設(shè)

7、備和一般類型應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。4、 無線通信網(wǎng)絡(luò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)是覆蓋范圍最廣，性能較為完善的無線網(wǎng)絡(luò)，GPRS 網(wǎng)絡(luò)本身具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達128Kb/s，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。ZigBee 技術(shù)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低；采用GPRS 網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K體積小、功耗低，適合作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點，ZigBee 技術(shù)與GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合組成新的無線通信網(wǎng)絡(luò)。GPRS DTU 無線通信模塊采用成都眾山電子有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。 ZSD2110 是一款使用GPRS 網(wǎng)絡(luò)

8、進行數(shù)據(jù)無線透明傳輸?shù)那度胧紻TU 模塊。內(nèi)置工業(yè)級GPRS 引擎和嵌入式處理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP 等眾多復雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和SOCKET 標準，提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸兩種模式。同時支持點對點、點對多點、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關(guān)心復雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用TTL 串行通信接口，就可以進行無線數(shù)據(jù)收發(fā)，使系統(tǒng)能夠隨時隨地接入Internet。ZigBee 技術(shù)是一種新型的無線、短距離、低功耗組網(wǎng)通訊技術(shù),具有低復雜度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣等技術(shù)優(yōu)勢，工作在免費的2.4GHz-2.5GHzISM 微波段，具有較強的抗干擾

9、性和設(shè)備聯(lián)絡(luò)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)1500m 的全向識別，傳輸速率最高可達10M bit/s，它支持3 種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和族狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)具有較強的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性?；谝陨咸攸cZigBee 廣泛應(yīng)用于智能家居控制、工業(yè)控制系統(tǒng)。本文采用的CC2430 是一種真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS 解決方案，這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee 為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM 波段應(yīng)用及對低成本，低功耗的要求，它結(jié)合一個高性能2.4GHz DSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心。5、 傳感器與顯示模塊傳感器包括煤氣、煙霧等有毒氣體檢測器，人體紅外探測器，門窗磁開

10、關(guān)，溫度、濕度、光照度傳感器等，所有的傳感器都與無線傳輸模塊P1R2000 連接，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并與控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時通信。顯示模塊選用低電壓低功耗的LCDl2832 液晶顯示屏，LCDl2832 是一款分辨率為128×32 的中英文圖形液晶（黃色背光）顯示模塊，具有4 位/8 位并行2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部置有8192 個16×16 點陣的一級、二級簡體漢字和128 個16×8點ASCII 字符集，用來顯示8×2 行16×16 點陣的漢字對話信息，構(gòu)成全中文人機交互圖形界面并顯示當前時間、日期、星期、濕度、溫度、定時提醒等信息和

11、煤氣等有毒的含量超標時報警提示的輸出信息。6、 系統(tǒng)軟設(shè)計整個智能家居控制系統(tǒng)以ARM9 微處理器為核心，支持C 語言和匯編語言，本系統(tǒng)采用C 語言與匯編語言混合編程。低層驅(qū)動由匯編語言編寫，對外留C 語言接口，人機交換采用Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)主程序、初始化子程序、ZigBee 通信子程序、GPRS 通信子程序、傳感檢測子程序、顯示子程序、報警子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和遠程控制子程序等模塊組成，程序軟件流程圖如圖2 所示 圖2程序軟件流程圖結(jié)束語 這學期才接觸嵌入式系統(tǒng)學了6周了感覺還稱不上入門，我通過了解知道了嵌入式的發(fā)展前景很大，各個領(lǐng)域都用到了嵌入式，學好嵌入式不愁

12、沒飯吃。下面談?wù)勎伊私獾那度胧降南嚓P(guān)知識與應(yīng)用：首先，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，且軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式有如下幾個突出的有點1.系統(tǒng)內(nèi)核小，2專用性強，3系統(tǒng)精簡4高實時性O(shè)S5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行，6嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境。其次，嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式應(yīng)用在很多方面，具體的可以分為工業(yè)控制，交通管理，信息家電，家庭智能管理系統(tǒng)，POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)，環(huán)境工程與自然，機器人，機電產(chǎn)品方面應(yīng)用等方面。其中目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。其實用