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2018年智能家居系统的设计与实现
论文摘要:本文讨论了基于Windows CE.net 5.0嵌入式操作系统,以使用Intel XScale270为CPU的ARM10嵌入式实验箱为硬件基础,以Visual Studio 2005和Delphi为软件开发平台的智能家居系统的设计与实现。通过详细的系统设计过程,开发了相应的软件程序,包括嵌入式操作系统Windows CE 5.0的定制、应用程序的界面设计、程序开发和单片机系统的底层编程。本设计融合了嵌入式系统、通讯、单片机、软件开发等学科的知识。系统测试结果表明,该系统设计基本满足要求,并有一定的功能扩展空间。
1 绪论
目前,科学技术发展迅速,借助飞速发展的网络和信息技术,人们可以足不出户地纵览全球。为了适应信息化的需求,科研机构将智能化的理念引入小区 HYPERLINK /class_free/6_1.shtml \t _blank 管理,并进一步引入家庭,从而产生了智能家居的概念。将手机 HYPERLINK /class_free/147_1.shtml \t _blank 通信和以太网通信技术引入智能家居的设计,恰好利用了现有的良好的通信条件,使在外的业主能及时了解家中的安全,提高业主的安全感,而且通过手机实时控制家电,提高了业主生活的舒适度。
本文提出了基于嵌入式系统ARM10的智能控制平台的设计,功能包括了短信控制家电,传感器探测非正常 HYPERLINK /class_free/153_1.shtml \t _blank 环境并且通过手机短信告知业主,以及以太网实时视频监控等功能。
2 系统设计方案
2.1 硬件总体设计框图
根据上文的功能需要,设计出由ARM10为控制核心,单片机控制的家电控制模块和传感器报警模块,并且包含GSM通信模块的智能家居系统,硬件结构框图如图2-1所示。
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图2-1 硬件设计框图
2.2 控制核心选择
智能家居控制系统采用如图2-2所示的XSBase270作为开发平台,该平台基于Intel?高性能的PXA270处理器,支持Windows CE和Linux等嵌入式操作系统,是针对教学和实验的多功能实验平台。
PXA270处理器的最高主频可达520MHz,且该处理器被加入了Wireless MXX技术,大大的提高了多媒体处理能力,而且加入了Intel SpeedStep动态电源管理技术,在保证CPU性能的前提下,最大限度的降低设备功耗[1]。
XSBase270配置32M FLASH ROM,64M SDRAM,并配备了触摸屏、以太网、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接口。满足了智能家居系统控制中心的硬件要求。
图2-2 XSBase270实验箱展开图
2.3家电控制板
家电控制板采用AT89C51为控制核心。扩展板的元件布局如图2-3所示,其上有四盏LED分别模拟四种家电,三个按钮模拟三种传感器。其中四盏LED分别连接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3;三个按钮分别连接P2.0、P2.1、P2.2。
图2-3 家电控制模块
2.3.1 串行端口电路
家电控制板采用串口与XSBase270实验箱进行通信,其采用了经典的兼容RS-232标准的MAX232芯片作为串口的电平转换芯片。电路的连接如图2-4所示:
图2-4 家电控制板串行接口电路
如上图所示,家电扩展板采用的是常用的DB9头作为串口接口,其针脚定义图如图2-5所示:
图2-5 RS-232 DB9头针脚定义图
其中2脚RxD为接收引脚,3脚TxD为发送引脚,GND为信号地引脚。一般情况下普通串口只接这几个引脚;特殊的串口,如蓝牙串口除接上述的三个脚之外,还接了DSR引脚和CTS引脚,是因为蓝牙串口的数据流输出采用这两个脚的信号控制;而其他引脚是跟MODEM相关的。在智能家居系统中,家电控制板接普通串口,GSM模块接蓝牙串口。
RS-232信号相对于信号地而言,在正负电平之间摆动。发送数据时,发送端输出的正电平在+5V到+15V之间,负电平在-5V和-15V之间。无数据传输时,线上为TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V~-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为2~3V左右,所以其共模抑制能力差,加上双绞线的分布电容,信号传输距离最大为15m,最高速率为20kb/s[2]。
MAX232包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路,提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准,每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
图
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