基于ARM的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計
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通過該系統(tǒng)將家中的網(wǎng)絡(luò)電器與互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)相連,這樣無論何時何地,用戶都可以通過該系統(tǒng)遠(yuǎn)程操縱家用電器。本文主要討論智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。
智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心部分是一個嵌入式Web服務(wù)器,系統(tǒng)集有線和無線Web服務(wù)器于一體,用戶可以利用辦公室的PC或者手機登錄家中的Web服務(wù)器,在通過用戶名和密碼驗證后,便可以查看并控制家用電器;系統(tǒng)帶有LCD和鍵盤,具有良好的人機界面;用戶還可以通過鍵盤來設(shè)定系統(tǒng)的任務(wù);系統(tǒng)留有豐富的功能擴展接口,通過這些擴展接口將來還可以實現(xiàn)防火防盜和智能抄表等應(yīng)用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
在本系統(tǒng)中,主芯片采用意法半導(dǎo)體的STR710,它基于高性能的ARM7TDMI內(nèi)核,擁有非常豐富的外設(shè)和增強的I/O功能。該器件包含片上高速單電壓Flash存儲器和高速RAM存儲器。由于內(nèi)嵌ARM內(nèi)核,所以與所有的ARM工具和軟件兼容。網(wǎng)絡(luò)芯片采用Cirrus Logic公司生產(chǎn)的基于ISA的低功耗、性能優(yōu)越的CS8900A,GPRS模塊采用Siemens公司的MC35i,另外系統(tǒng)中還提供了32Mb的Flash和SRAM,分別由芯片M28W320ECB和TC55V820FT來實現(xiàn)。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
2 主芯片STR710
STR710具有4通道12位ADC和10個通信接口,非常適合工業(yè)應(yīng)用,尤其適合本設(shè)計這種需要比較多的接口,既有模擬輸入又有數(shù)字輸入的系統(tǒng)。
STR710是整個系統(tǒng)的核心。它作為一個嵌入式網(wǎng)關(guān),將外部網(wǎng)絡(luò)與所有的網(wǎng)絡(luò)家電連接在一起,是整個系統(tǒng)運行的平臺。首先,在遠(yuǎn)程操縱家電方面,STR710負(fù)責(zé)從MC35i接收到的短消息和CS8900A接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中提取出用戶指令,然后根據(jù)該指令操縱相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)家電或者查詢其運行情況,最后將執(zhí)行結(jié)果反饋到用戶終端。其次,在網(wǎng)絡(luò)家電工作模式設(shè)置方面,STR710的任務(wù)主要是在LCD上顯示相應(yīng)的菜單以及幫助信息,通過良好的界面指導(dǎo)用戶完成設(shè)置。STR710還定時查看家用電器的工作情況。一旦出現(xiàn)緊急或危險的狀況時,及時采取必要的保護措施,并向用戶終端報警。
3 網(wǎng)絡(luò)控制器CS8900A
CS8900A突出的特點是使用靈活,其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動態(tài)調(diào)整,通過內(nèi)部寄存器的設(shè)置來適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。
CS8900A支持I/O傳輸模式、Memory模式和DMA模式,其中,I/O模式是訪問CS8900A存儲區(qū)的默認(rèn)模式,比較簡單易用,所以在本系統(tǒng)中選用I/O模式。CS8900A與STR710的硬件連接框圖如圖3所示,STR710通過/SBHE、/IOW和/IOR等控制信號實現(xiàn)對CS8900A的工作方式控制和讀寫操作。
數(shù)據(jù)的接收采用中斷方式,由于CS8900A和STR710的中斷電平是相反的,所以,中斷信號線間需接一個非門。CS8900A與STR710之間的數(shù)據(jù)傳輸采用的是默認(rèn)的I/O模式,因此,讀寫引腳/MEMW和/M EMR被置高,以關(guān)閉Memory方式。在此模式下,用4根地址線就可以實現(xiàn)對所有寄存器的訪問。如圖3所示,引腳SA0~SA3對應(yīng)接到STR710的地址線A11~A14上即可。除了為保證上述的默認(rèn)偏移地址(0x0300),須將SA8和SA9置高外,其余不用的地址線都接低電平。
CS8900A通過一個帶厄流線圈的隔離變壓器(E2023)將CPU要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上;接收數(shù)據(jù)時,由網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)也經(jīng)過隔離變壓器。加隔離變壓器的作用主要是將外部線路與CS8900A隔開,防止干擾和燒壞元器件,實現(xiàn)帶電的插拔功能。
圖3 CS8900A與STR710的接口
4 GPRS模塊MC35i
MC35i的正常運行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。MC35i的40個引腳通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關(guān)機電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、狀態(tài)指示燈電路等連接,如圖4所示。
圖4 MC35i外圍接口電路
系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件采用分層設(shè)計,包括硬件設(shè)備驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序接口層和應(yīng)用軟件層。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 智能家電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件框架
操作系統(tǒng)選擇小型的實時操作系統(tǒng)μC/OS-II是基于以下幾方面的考慮:完全免費的內(nèi)核、公開的源代碼、系統(tǒng)內(nèi)核實用性強、可靠性高,操作系統(tǒng)內(nèi)核對處理器以及ROM、RAM資源的要求不高,利于在16位微處理器上移植。TCP/IP協(xié)議分為4層:鏈路層(ARP協(xié)議)、網(wǎng)絡(luò)層(IP協(xié)議、ICMP協(xié)議)、傳輸層(TCP協(xié)議、UDP協(xié)議)、應(yīng)用層(HTTP協(xié)議)。本系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧選擇uIP1.0;圖形用戶界面選擇μCGUI。
結(jié)束語
這一智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計有別于以往的僅側(cè)重于安防的思路,而是家庭信息化的整體解決方案,文中給出了系統(tǒng)的硬件組成和結(jié)構(gòu),給出了關(guān)鍵模塊的連接方式,以及軟件實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。由于系統(tǒng)留有豐富的接口,所以隨著寬帶無線通信技術(shù)、Internet技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)的功能可以得到不斷的補充和完善。以防盜報警為例,在家中安裝攝像頭,以嵌入式系統(tǒng)為視頻中央處理器,完成視頻壓縮與識別,就可以實現(xiàn)家庭的實時監(jiān)控和報警??梢钥闯觯悄芗揖酉到y(tǒng)目前擁有廣闊地應(yīng)用前景。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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