嵌入式智能家居控制系統(tǒng)軟件設(shè)計說明書

1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告論文題目： 嵌入式智能家居控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 學 院： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 自動化1204 學生姓名： 劉芳春 學 號： 120302433 導師姓名： 王通 開題時間：2016年 3 月 18 日1.課題背景及意義1.1課題研究背景、目的及意義 目前.幾乎所有家庭都有使用各種電器設(shè)備.電視、電燈、空調(diào)、冰箱等。然而.就當前情況來說.這些設(shè)備總是被看成單個的、獨立的個體使用.而極少出現(xiàn)一個專門的系統(tǒng)來管理它們、或是將它們糅合為一個具有一定 “智慧”的設(shè)備集合體。這不僅使得設(shè)備使用者不得不在控制和管理這些設(shè)備上消耗大量時間和精力. 而且容易造成設(shè)備使用效率不高

2、. 浪費寶貴的能源.這不符合節(jié)能環(huán)保的國家政策方針。基于這個事實.智能家居的概念應運而生。智能家居又被人們稱智能住宅1. 在國外也叫做 Smart Home 。智能家居是以個人住所為單位.以控制技術(shù)、通信技術(shù)計算機技術(shù)為基礎(chǔ).以提升人們的日常家居生活為目的的家居控制和管理系統(tǒng)2。由于智能家居是一個最近才得到快速發(fā)展的行業(yè).當前有許多地方并未得到充分的研究.也有許多研究成果并未能轉(zhuǎn)化成為實際產(chǎn)品。探尋其本質(zhì)因素有兩個。其一.大多數(shù)已有的智能家居產(chǎn)品是針對高消費人群設(shè)計和開發(fā)的.而沒有顧及到占人口絕大多數(shù)的低端消費人群。因此.其市場本身就不會太大。其二.許多開發(fā)出來的產(chǎn)品在性能上并不完全讓消費者滿

3、意。當前已有的產(chǎn)品中的大多數(shù).或是存在功能單調(diào)、或是存在使用不方便等各種缺乏吸引力的不足之處。為了改善這一現(xiàn)狀.軟件部分設(shè)計就成了必不可少的工作.軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心.向上提供應用編程接口.向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包。嵌入式系統(tǒng)中.軟件和硬件緊密配合.協(xié)調(diào)工作.共同完成系統(tǒng)預定的功能。嵌入式軟件是應用程序和操作系統(tǒng)兩種軟件的一體化程序。對于嵌入式軟件而言.系統(tǒng)軟件和應用軟件的界限并不明顯.原因在于嵌入式環(huán)境下應用系統(tǒng)的配置差別較大.所需操作系統(tǒng)裁剪配置不同.I/O 操作沒有標準化.驅(qū)動程序通常需要自行設(shè)計3,4 。嵌入式實時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式系統(tǒng)中應用越來越廣泛.尤其在功能復

4、雜、系統(tǒng)龐大的應用中5。它與實時應用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用.由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作.為應用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境和開發(fā)環(huán)境。µC/OS-II 是一個完整的.可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務內(nèi)核。它通過了美國聯(lián)邦航空管理局商用航行器的認可.符合航空無線電技術(shù)委員會對用于航空設(shè)備方面所使用的軟件性能提出的DO-178B標準認可。目前已有數(shù)百個商業(yè)應用的µC/OS.該操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了充分的肯定6,7。該操作系統(tǒng)在智能家居領(lǐng)域中的應用也越來越廣泛。因此對于嵌入式智能家居操作系統(tǒng)的研究也越來越有必要。1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 隨著全球化信

5、息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的興起.智能家居出現(xiàn)在 普通人們的視野之中。 上個世紀八十年代.隨著電子技術(shù)的提升和成熟.非常多的上市家用電器都采用了電子技術(shù)。面對日益增多的家用電器.人們迫切希望出現(xiàn)一種自動化或者是智能化的家電管理系統(tǒng)。八十年代中期.出現(xiàn)了住宅自動化概念（HA.Home Automation)8.即.將家用電器、通信設(shè)備和安防設(shè)備這些傳統(tǒng)上認為獨立的功能整合為一個整體。八十年代末期.由于通信與信息技術(shù)出現(xiàn)突破性發(fā)展.開始逐漸出現(xiàn)了一些專門的商用系統(tǒng).系統(tǒng)利用總線技術(shù)對住宅中的各種家電、安防和通信設(shè)備實現(xiàn)控制、監(jiān)視和管理。1984 年.美國聯(lián)合科技公司（United Technologies

6、Build ing System建成了全世界首棟類似于智能家居的“智能型建筑” CityPlaceBuilding.這是人們第一次見識到的建筑設(shè)備信息化、整合化的建筑物。從此以后.許多公司和機構(gòu)紛紛加入搭建智能家居隊列之中。 比如.MIT、西門子、思科、IBM 、Xerox、微軟等國際巨頭。2003 年.Housing Learning & Improvement Network 發(fā)布了一種對智能j家居的定義.并開展了 DTI 智能家居項目9。Nektarios Papadopoulos 等提出并研究了一種連接家庭平臺 （CHP） 和智能家居應用開發(fā)平臺的架構(gòu)10。 Dae- Man

7、Han 和 Jae- Hun Lim 提出和研究了一種基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居能量管理系統(tǒng)11。有學者描述了一種智能家居系統(tǒng)管理協(xié)議的設(shè)計和實現(xiàn)12。還有人使用 ZigBee 或者藍牙作為局域聯(lián)網(wǎng)技術(shù).使用萬維網(wǎng)作為遠程接入技術(shù)13. 智能家居在國內(nèi)的發(fā)展時間雖然較短.但是也取得了很大進步。與此同時.國內(nèi)智能家居行業(yè)雖然正處于初步發(fā)展階段.但是目前的發(fā)展非常迅速14。 2003 年.由聯(lián)想帶頭、眾多單位參與的“信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務”標準工作組正式成立.這就是大家都耳熟能詳?shù)摹伴W聯(lián)”1516。2004 年.海爾公司率領(lǐng)多個廠家協(xié)同推出新網(wǎng)絡(luò)家電標準“e 家佳”171819。此后不到

8、一年.信息產(chǎn)業(yè)部確定“閃聯(lián)” 和 “e 家佳” 為行業(yè)推薦性標準。 2012年.長虹公司推出自主研發(fā)的具有 5 種場景的智能家居體驗館.系統(tǒng)將多種應用場景和設(shè)備智能控制方式有機結(jié)合.形成一個家庭控制系統(tǒng)20。市場上其它比較成熟的解決方案有海爾家庭系統(tǒng).TCL 的智能家居系統(tǒng)等。經(jīng)過這些年的發(fā)展.我國的智能家居已經(jīng)有了自己的特色。從最開始只能控制單一的設(shè)備.如控制燈光、遠程抄表.發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)將多個控制單元融入一個系統(tǒng).方便統(tǒng)一管理。從最開始各公司各自制定私有接口協(xié)議、開發(fā)自己私有的產(chǎn)品.到智能家居聯(lián)盟開始著手起草通用接口和協(xié)議。從最初一些能力有限小公司的小規(guī)模投入.發(fā)展到聯(lián)想集團、海爾等大公司

9、開始大力投入該領(lǐng)域?，F(xiàn)今.在智能家居領(lǐng)域中有幾款杰出的產(chǎn)品。Honeywell Smart Home 在中國大陸名叫 MoMas.隨著數(shù)字技術(shù)和移動控制成為當今的主流.該公司生產(chǎn)的產(chǎn)品具有豐富的、時髦的控制終端應用。用戶只需要將應用安裝到支持WIFI 的手機或平板電腦燈移動終端上.然后動動手指便可以輕松控制電燈、空調(diào)等家用設(shè)備.實現(xiàn)了一鍵控制多種設(shè)備的目的。Control4 是一家專業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)家庭自動化控制產(chǎn)品及其解決方案的公司。由于開發(fā)的產(chǎn)品大多是基于 IP 技術(shù).因此其產(chǎn)品具有性能好、經(jīng)濟實惠、并且支持很多時髦的技術(shù)。其家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)一般采用 Zigbee 或者 WIFI.很方便在那些房屋

10、已經(jīng)裝修好的家庭使用。 目前.智能家具在全球都呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢.嵌入式智能家具在美國、德國、新加坡、日本等都有廣泛的應用21.在國內(nèi).智能家具也已經(jīng)走過了概念期.正是基于對智能家具市場發(fā)展前景的展望.使得越來越多的企業(yè)介入智能家具這個行業(yè).隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展和嵌入式技術(shù)的不斷提高.我國的嵌入式智能家具系統(tǒng)也會越來越完善.嵌入式智能家具系統(tǒng)軟件技術(shù)也會不斷提高。今天嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了1萬億美元.在國內(nèi).“維納斯計劃”和“女媧計劃”一度鬧得沸沸揚揚.機頂盒、信息加電這兩年更成了IT熱點.而實際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個特定應用。據(jù)調(diào)查.目前國際上已有兩百多種嵌入式

11、操作系統(tǒng).而各種各樣的開發(fā)工具、應用于嵌入式開發(fā)的儀器設(shè)備更是不可勝數(shù)。我國信息化與全面小康社會建設(shè)對嵌入式系統(tǒng)市場提出巨大需求.信息家電產(chǎn)品年需求量幾億臺.每一類數(shù)字化家電產(chǎn)品都有千萬臺市場需求量.工業(yè)控制用嵌入式系統(tǒng)有百十萬臺套需求量.商用嵌入式系統(tǒng)需求量幾百萬臺。我國己有集成電路及PCB印刷電路板產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)能力.出口的嵌入式應用產(chǎn)品亦將逐步增長.在全球市場也可占有一席之地。2005年我國嵌入式計算機創(chuàng)造上千億元的效益.嵌入式計算機是信息、產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟增長點。國內(nèi)外的市場為我國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供大有作為的廣闊天地2223。隨著嵌入式應用的日益普及.實時操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應用

12、也受到普遍關(guān)注.越來越多的公司開始開發(fā)實時操作系統(tǒng).而且越來越多的工程師使用實時操作系統(tǒng)。如今已有二百多種嵌入式實時操作系統(tǒng).在長期應用與商業(yè)競爭中己逐漸形成了一些較為成功的嵌入式操作系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計.僅用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)就有40種左右.其中較為流行的主要有：Windows CE、Palm OS、Real-Time Linux、VxWorks、PSOS、PowerTV以及C/OS。C/OS是源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng).后來推出的C/OS-是C/OS的升級版本。在智能家居領(lǐng)域中.主流的系統(tǒng)架構(gòu)主要有 C/S、B/S 兩種方案。網(wǎng)絡(luò)通信方面主要 是基于以太網(wǎng)、ZigBee 、GPRS、WI

13、FI、電力線載波、紅外、藍牙等。協(xié)議方面. 國內(nèi)主要使用的有. 國外開發(fā)的 X1024、 EIB、 CE bus25、LonWork26、EHS 等.國內(nèi)開發(fā)的閃聯(lián)、e 家佳等。2 畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容及任務2.1研究內(nèi)容 嵌入式系統(tǒng)通常包括軟件和硬件兩部分。本文正是基于嵌入式系統(tǒng)的硬件部分開發(fā)相關(guān)的軟件部分。根據(jù)硬件功能編寫對應的驅(qū)動程序.及在操作系統(tǒng)上編寫應用程序及界面。主要工作是將實時操作系統(tǒng)µC/OS-II移植到基于ARM7核的微控制器上.為微控制器上的軟件開發(fā)提供一個操作系統(tǒng)平臺。實現(xiàn)對家庭提供電源控制、家電控制（如電視機、空調(diào)、冰箱、電飯煲、淋浴器、微波爐等）、門窗控制、檢測

14、報警系統(tǒng)、燈光控制等。本課題提出了一種基于C/OS-的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。首先是要在目標平臺上成功移植C/OS-操作系統(tǒng).然后在該操作系統(tǒng)上運行網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。其中C/OS-操作系統(tǒng)在移植過程中根據(jù)控制系統(tǒng)的需要來進行剪裁。以便精簡操作系統(tǒng).減少不必要的代碼。2.2設(shè)計思想及設(shè)計方案 根據(jù)前面的分析.本文中的智能家居系統(tǒng)總體架構(gòu)為 C/S 模型.上位機服務器是整體系統(tǒng)的服務器.上位機客戶端和家庭網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)中的客戶端。 用戶操作上位機軟件.通常安裝在 PC 機、平板電腦和智能手機等終端上選擇受控設(shè)備及其控制目的。 軟件將用戶的操作編碼并形成具有一定格式的據(jù)幀.并且通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)進

15、一步將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給相應的智能控制終端.智能終端再對接收到數(shù)據(jù)進行解析.根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的命令來執(zhí)行相應的控制動作.從而完成對目標受控設(shè)備的控制?？刂平Y(jié)果會被反饋給用戶端軟件.并通過友好的界面呈現(xiàn)給用戶觀看。系統(tǒng)由這幾個部分構(gòu)成：客戶端、服務器、家庭網(wǎng)關(guān)、智能控制終端。其中客戶端和服務器處于上位機側(cè).以安裝在智能手機、平板、家用電腦等設(shè)備上的軟件的形式出現(xiàn)。而家庭網(wǎng)關(guān)和智能控制終端屬于下位機部分.以實體形式存在。如下圖示： 圖1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)共有四個部分四個部分在系統(tǒng)中所充當?shù)慕巧约肮δ芊謩e如下：客戶端軟件：客戶端軟件屬于整個系統(tǒng)的上位機側(cè).其主要作用有以下幾個。一、為用戶提供一個友好

16、的用戶界面.在整個智能家居系統(tǒng)中.用戶通過這個用戶界面便可以控制整個系統(tǒng)的運行情況。二、將用戶的操作轉(zhuǎn)換成便于機器處理和便于通信的數(shù)據(jù).并通過相應通信方式傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)。三、從家庭網(wǎng)關(guān)接受數(shù)據(jù).并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于用戶觀看的格式。四、記錄和統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù).便于查閱。服務器軟件：服務器軟件也是上位機側(cè)的一個重要的組成部分.其主要作用如下。一、處理用戶上下線請求。如.與上線用戶建立連接.與離線用戶斷開連接；二、可以多用戶同時上線。一般來說.一個家庭的成員不會只有一個.因此系統(tǒng)支持多個用戶同時登陸是很有意義的；三、管理在線用戶.記錄用戶日志；四、便于實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿越。單獨設(shè)計的服務器具有這樣的優(yōu)點.有效地避

17、開內(nèi)網(wǎng)防火墻對客戶端通信的阻礙.實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿越。家庭網(wǎng)關(guān)：家庭網(wǎng)關(guān)屬于下位機側(cè)的重要組成部分.其主要功能包括：一、連接外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)。家庭網(wǎng)關(guān)通過對收到的信息重新打包.實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間可以正確通信.即外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可以正確通信；二、提供過濾和安全功能通過對接收到的信息進行判斷.家庭網(wǎng)關(guān)可以濾掉不符合要求的信息以及一些不安全的信息；三、支持通過多種外網(wǎng)協(xié)議與上位機通信。從；四、有利于維護外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的獨立性。加入家庭網(wǎng)關(guān)后.內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)通信協(xié)議和技術(shù)完全獨立.彼此影響變小。這樣做可以避免內(nèi)網(wǎng)協(xié)議發(fā)生變動時影響到外網(wǎng)通信的正確性.或者是外網(wǎng)協(xié)議發(fā)生變化后影響到內(nèi)網(wǎng)通信的正確性。智能控制終端：智能控制

18、終端是下位機的主要組成部分之一.其主要功能是：一、控制家用電器的工作狀態(tài)。智能控制終端根據(jù)接收到的命令來控制電器的工作狀態(tài)。比如.接收到打開 5 號電燈命令.相應的智能終端則打開 5 號電燈；二、收集和上傳家電的工作信息。智能終端根據(jù)上位機客戶的設(shè)置來收集家電信息.并且將信息上傳給上位機；三、異常處理。智能終端通過分析家電工作信息.對工作異常的設(shè)備進行相應的異常處理.同時將異常上報給用戶。整個系統(tǒng)的軟件部分是由上位機和下位機兩部分軟件組成。其中上位機方的軟件包括客戶控制端、服務器端兩部分.運行于家庭計算機或者是智能終端上下位機方面的軟件.是由家庭網(wǎng)關(guān)和智能控制終端兩部分軟件組成。家庭網(wǎng)關(guān)為上位

19、機和智能終端建立通信橋梁；智能控制終端是控制命令的執(zhí)行體。通常來說.在一個智能家居系統(tǒng)中.只需要一臺家庭網(wǎng)關(guān)；智能家電終端的數(shù)量.則根據(jù)受控家電的數(shù)量而定。 上位機的主要任務是提供家電控制界面和家電數(shù)據(jù)管理功能。用戶通過操作可視化人機交互界面實現(xiàn)控制家電、查看家電數(shù)據(jù)信息。而與此對應.下位機的任務主要是以下幾個： （1）家庭網(wǎng)關(guān)。主要任務是.為上位機和智能控制終端之間建立通信的橋梁。家庭網(wǎng)關(guān)與上位機之間通過以太網(wǎng)、WIFI、GPRS 模塊進行通信.與下位機之間通過zigbee進行通信。 （2）智能控制終端。主要任務是.接收家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)過來的控制命令.根據(jù)控制命令完成對家電設(shè)備的控制.并且將操作

20、結(jié)果經(jīng)過家庭網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶終端。 家庭網(wǎng)關(guān)起的是一個樞紐作用.它連接外部網(wǎng)絡(luò)中的上位機和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的下位機。是智能家居網(wǎng)絡(luò)中連接上位機和智能終端的橋梁.作用是實現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的通信。除了系統(tǒng) 必要的軟件外.其主要軟件模塊是通信模塊.包括外部聯(lián)網(wǎng)通信模塊和家庭內(nèi)網(wǎng)通信模塊 。根據(jù)以上所述. 家庭網(wǎng)關(guān)整體軟件流程結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2家庭網(wǎng)關(guān)軟件流程圖家庭網(wǎng)關(guān)開機之后.首先進行系統(tǒng)配置和模塊初始化 。1）系統(tǒng)配置。主要包括.開時鐘、配置管腳參數(shù)、開中斷.等等。這一步的目的是.啟動微處理器、配置芯片和外設(shè)參數(shù)。2 ）相關(guān)模塊初始化。 主要包括. WIFI、以太網(wǎng)、 GPRS 模塊、電力

21、載波模塊、內(nèi)網(wǎng)協(xié)議棧. 等。對 WIFI、以太網(wǎng)、 GPRS這三個與上位機通信的模塊而言.初始化過程的工作是對其各自的協(xié)議棧初始化.比如.選擇工作模式.配置 IP 和 MAC 地址.選擇通信速率.使用何種數(shù)據(jù)接收方式.以及與上位機的服務器建立連接和完成登錄。對電力載波的配置和上面的類似.只是不用與對方建立連接和登錄。對內(nèi)網(wǎng)協(xié)議和調(diào)試模塊的初始化主要是將一些相關(guān)變量置為初始值。初始化完成之后.家庭網(wǎng)關(guān)開始正常工作 。六個模塊并行 .分別執(zhí)行各自的任務。 關(guān)于家庭網(wǎng)關(guān)驅(qū)動程序的設(shè)計：GPRS 驅(qū)動程序設(shè)計GPRS 模塊和 ARM 是通過串口 1 連接的.驅(qū)動模塊通過給 GPRS 模塊發(fā)送 AT 命

22、令字符串來控制器其作業(yè)。（a）AT 命令 AT 指令目前已成為全球通用的標準.任何與 Hayes 兼容的調(diào)制解調(diào)器都可使用這些指令。（b）驅(qū)動流程GPRS 模塊可以劃分為三個部分.初始化、接收數(shù)據(jù)處理、發(fā)送數(shù)據(jù)處理。在初始化階段.首先使用指令 AT+IPR = 115200 來設(shè)置 GPRS 模塊的通信速率為 115200bps 。設(shè)定好速率之后.發(fā)送 ATI 指令來啟動 GPRS 模塊.如果收到的回復為 OK.則表示模塊已經(jīng)工作。否則.則繼續(xù)發(fā)送 ATI 指令.直到超時退出。在 GPRS 開始工作后.發(fā)送指令 AT+CIPSTART= “ TCP ” .“” . “5638” .與服務器建立

23、連接。返回 OK 表示連接成功。其中 108.170.54.231 是智能家居系統(tǒng)服務器的 IP .5638 是其端口號。一旦連接成功.下一步則是發(fā)送登錄數(shù)據(jù)向服務器請求登錄。在成功登錄之后. GPRS的初始化階段結(jié)束。接下來.進入 GPRS 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)處理部分。在接收處理階段.首先查詢是否有數(shù)據(jù)需要處理.如果沒有則進入發(fā)送數(shù)據(jù)處理階段.如果有.第一步則是找到幀頭“+IPDxx:” 其中 xx 表示該數(shù)據(jù)幀的長度.單位為字節(jié)。在找到幀頭后.提出數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù).并對數(shù)據(jù)幀的有效性進行判斷。如果不是有效幀.則繼續(xù)上面的過程；如果是.則對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。由于上位機按照 UTF8 格式發(fā)送數(shù)據(jù).

24、故先將數(shù)據(jù)從 UTF8 格式轉(zhuǎn)換到 unicode 格式。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是字符形式的數(shù)據(jù).還需要進一步轉(zhuǎn)換成 ASC 格式才能符合需要。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢.需要改裝成內(nèi)部模塊通信格式.并加上信道類型標志（ G：GPRS.W： WIFI.E ：以太網(wǎng)）。最后.放入接收數(shù)據(jù)幀隊列中.交由中心控制器的數(shù)據(jù)分發(fā)模塊處理。在發(fā)送階段的處理類似于接收處理的逆過程。如果 GPRS 發(fā)送數(shù)據(jù)隊列 g_GPRSSendFrameQuene 中有數(shù)據(jù).則取出一幀數(shù)據(jù).然后轉(zhuǎn)換成合適的格式發(fā)送給上位機。 具體流程如下圖3所示： 圖3 GPRS通信模塊工作流程圖 上一部分介紹了家庭網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計.接下來將介紹智能家居下位機系統(tǒng)

25、中另一個重要組成部分：控制終端的軟件設(shè)計?？刂平K端的主要功能是.通過家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接收控制指令、根據(jù)控制指令執(zhí)行相應驅(qū)動程序、通過 LCD 屏幕顯示設(shè)備運行信息。初始化完成之后.家庭網(wǎng)關(guān)開始正常工作。四個模塊并行.分別執(zhí)行各自的任務。1、 內(nèi)網(wǎng)通信模塊。該模塊用于智能終端跟家庭網(wǎng)關(guān)通信.包括接收和發(fā)送兩部分。接收部分的工作是.對受到的數(shù)據(jù)進行判斷。如果數(shù)據(jù)正確.則放入接收緩沖區(qū)；否則.刪除數(shù)據(jù)。發(fā)送部分的工作是.查詢發(fā)送緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù).如果有數(shù)據(jù).則每次發(fā)送一幀數(shù)據(jù)；否則.再次查詢。二、顯示模塊。該模塊用于將相關(guān)信息在 LCD 上顯示。模塊基于事件驅(qū)動.一旦發(fā)現(xiàn)事件有效.則根據(jù)事件屬性確定待

26、顯示的內(nèi)容以及相關(guān)信息.之后調(diào)用 LCD 驅(qū)動.以合適的格式顯示內(nèi)容。三、調(diào)試模塊。智能控制終端上的調(diào)試模塊與家庭網(wǎng)關(guān)上的核心一樣.區(qū)別是.二者支持的命令不一樣。四、控制模塊?？刂颇K是智能終端上最為核心的部分.所有對設(shè)備的操作最終都需要由該模塊來完成。該模塊分為執(zhí)行命令和獲取執(zhí)行結(jié)果兩部分。執(zhí)行命令部分的工作是.查詢是否有新命令需要執(zhí)行.如果有.則根據(jù)命令調(diào)用相關(guān)驅(qū)動程序；如果沒有.則繼續(xù)查詢。由于每一條命令執(zhí)行完之后.都要反饋執(zhí)行結(jié)果。所以.獲取執(zhí)行結(jié)果部分的工作是.在每條命令執(zhí)行完之后獲取對應的執(zhí)行結(jié)果。并且將執(zhí)行結(jié)果封裝打包.然后放入內(nèi)網(wǎng)發(fā)送緩沖區(qū)中。其內(nèi)部程序總體流程圖.如下圖所示：

27、 圖4 智能控制模塊軟件流程圖控制終端相關(guān)驅(qū)動程序的設(shè)計（1）電力計量模塊驅(qū)動電力計量模塊在智能家居系統(tǒng)中的作用就是.實時記錄用電設(shè)備當前電參數(shù)。（a ）模塊功能：當前.支持的功能有以下幾個模塊.分別是：讀取當前電參數(shù)、讀寫設(shè)備號、讀寫波特率、清除歷史用電數(shù)據(jù)。其中.當前電參數(shù)包含電壓、電流、功率、因素、電量.均為瞬時值 ；讀寫設(shè)備號含有讀取和修改本電力計量模塊的設(shè)備號；讀寫波特率包括查詢當前通信波特率和修改通信波特率；清除歷史數(shù)據(jù)即為將歷史用電信息清零。（b）通信協(xié)議：MODBUS 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言.系統(tǒng)中選擇的計量模塊產(chǎn)品支持 MODBUS- RTU 協(xié)議。所以. A

28、RM 和電力計量模塊之間的通信協(xié)議采用 MODBUS- RTU。（c）控制過程： 圖5 與智能電表通信原理圖完整的交互過程如上圖所示：家電終端發(fā)送請求信息給 MODBUS 協(xié)議棧.議棧將請求信息解析成對應的 MODBUS- RTU 數(shù)據(jù)幀發(fā)送給電力計量模塊。電力量模塊將用戶終端請求的數(shù)據(jù)以 MODBUS- RTU 協(xié)議格式發(fā)送給 MODBUS 協(xié)議棧.協(xié)議棧再將數(shù)據(jù)封裝成相應幀上傳給用戶終端。 （2）電燈、電視機和空調(diào) (a) 電燈：電燈是由家電終端上的繼電器控制.繼電器打開和關(guān)閉分別代表開燈和關(guān)燈。收到開燈指令后.軟件通過設(shè)置繼電器控制管腳 上輸出電平的高低來控制電燈的開和關(guān)。(b) 電視：

29、電視是通過智能控制終端上的紅外遙控來控制。我們對電視遙控的編碼如下表所示： 表1 電視遙控編碼智能控制終端在接收到上述編碼后.首先將其翻譯成相應電視機的正確編碼并且進行調(diào)制.然后通過紅外發(fā)送給電視機.即完成對電視的控制。(c) 空調(diào)：控制空調(diào)的方式和電視一樣.也是通過紅外遙控。2.3 畢業(yè)設(shè)計擬采用方法和手段 實現(xiàn)手段：軟件編程采用C語言進行編程.編譯軟件采用keil4.使用proteus進行調(diào)試和在線仿真。芯片采用ARM7核微控制器.采用實時操作系統(tǒng)C/OS-進行裁剪、移植.顯示方面采用SMG240128A液晶屏.采用ZigBee作為局域聯(lián)網(wǎng)技術(shù).使用萬維網(wǎng)作為遠程接入技術(shù)。3. 畢業(yè)設(shè)計工

30、作計劃及進度安排第1周查閱相關(guān)文獻、學習相關(guān)知識。第2周查閱相關(guān)文獻、開始撰寫開題報告及翻譯外文文獻。第3周 撰寫開題報告.確定課題設(shè)計方案。第4周完成開題報告及外文翻譯。第5周收集資料.確定控制平臺的操作系統(tǒng)功能。第6周裁剪操作系統(tǒng)并移植。第7周裁剪操作系統(tǒng)并移植。第8周結(jié)合系統(tǒng)硬件.編寫相應的驅(qū)動程序。第9周 結(jié)合系統(tǒng)硬件.編寫相應的驅(qū)動程序。第10周結(jié)合系統(tǒng)硬件.編寫相應的驅(qū)動程序。第11周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能.編寫應用程序及操作界面。第12周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能.編寫應用程序及操作界面。第13周根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能.編寫應用程序及操作界面。第14周調(diào)試系統(tǒng)軟件.修改軟件。第15周

31、調(diào)試系統(tǒng)軟件.修改軟件。第16周調(diào)試系統(tǒng)軟件.修改軟件。開始撰寫畢業(yè)論文。第17周撰寫并修改畢業(yè)論文。第18周完成畢業(yè)論文.準備答辯。4.主要參考文獻1 Kenneth P W. Home Automation and Utility Customer ServicesJ. Cutter Information Corporation, 1999(13).2 花鐵森. 智能家居系統(tǒng)核心技術(shù)探討J. 智能建筑電氣技術(shù).2009(01)：92-98.3 呂京建嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)的興起與前景今日電子2000.(增刊)：16184 徐士良.葛冰計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)J清華大學業(yè)出版社2007-75K. Ra

32、mamiritham, J.A. Stankovic. Scheduling Algorithms and OperatingSystems Support for Real-time Systems. Proceeding of the IEEE. 1994,82(1):5567.6 Jean JLabrosse著.邵貝貝譯嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-(第二版)北京：北京航空航天大學出版社20037 冉漢政嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-在控制工程中的應用現(xiàn)代電子技.2003.13：84-868 范文. 淺談現(xiàn)在家居的智能化系統(tǒng)J. 安徽建筑.2008(5)：64-65.9 Li J, Da Y

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