智能家居系統實現

前言：本站為你精心整理了智能家居系統實現范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：本文討論了基于5.0嵌入式操作系統，以使用IntelXScale270為CPU的ARM10嵌入式實驗箱為硬件基礎，以VisualStudio2005和Delphi為軟件開發平臺的智能家居系統的設計與實現。通過詳細的系統設計過程，開發了相應的軟件程序，包括嵌入式操作系統WindowsCE5.0的定制、應用程序的界面設計、程序開發和單片機系統的底層編程。本設計融合了嵌入式系統、通訊、單片機、軟件開發等學科的知識。系統測試結果表明，該系統設計基本滿足要求，并有一定的功能擴展空間。

關鍵詞：智能家居，嵌入式系統，WindowsCE，VisualC++，Delphi

1緒論

目前，科學技術發展迅速，借助飛速發展的網絡和信息技術，人們可以足不出戶地縱覽全球。為了適應信息化的需求，科研機構將智能化的理念引入小區管理，并進一步引入家庭，從而產生了智能家居的概念。將手機通信和以太網通信技術引入智能家居的設計，恰好利用了現有的良好的通信條件，使在外的業主能及時了解家中的安全，提高業主的安全感，而且通過手機實時控制家電，提高了業主生活的舒適度。

本文提出了基于嵌入式系統ARM10的智能控制平臺的設計，功能包括了短信控制家電，傳感器探測非正常環境并且通過手機短信告知業主，以及以太網實時視頻監控等功能。

2系統設計方案

2.1硬件總體設計框圖

根據上文的功能需要，設計出由ARM10為控制核心，單片機控制的家電控制模塊和傳感器報警模塊，并且包含GSM通信模塊的智能家居系統，硬件結構框圖如圖2-1所示。

2.2控制核心選擇

智能家居控制系統采用如圖2-2所示的XSBase270作為開發平臺，該平臺基于Intel®高性能的PXA270處理器，支持WindowsCE和Linux等嵌入式操作系統，是針對教學和實驗的多功能實驗平臺。

PXA270處理器的最高主頻可達520MHz，且該處理器被加入了WirelessMXX技術，大大的提高了多媒體處理能力，而且加入了IntelSpeedStep動態電源管理技術，在保證CPU性能的前提下，最大限度的降低設備功耗[1]。

XSBase270配置32MFLASHROM，64MSDRAM，并配備了觸摸屏、以太網、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接口。滿足了智能家居系統控制中心的硬件要求。

2.3家電控制板

家電控制板采用AT89C51為控制核心。擴展板的元件布局如圖2-3所示，其上有四盞LED分別模擬四種家電，三個按鈕模擬三種傳感器。其中四盞LED分別連接單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三個按鈕分別連接P2.0、P2.1、P2.2。

2.3.1串行端口電路

家電控制板采用串口與XSBase270實驗箱進行通信，其采用了經典的兼容RS-232標準的MAX232芯片作為串口的電平轉換芯片。電路的連接如圖2-4所示：

如上圖所示，家電擴展板采用的是常用的DB9頭作為串口接口，其針腳定義圖如圖2-5所示：

其中2腳RxD為接收引腳，3腳TxD為發送引腳，GND為信號地引腳。一般情況下普通串口只接這幾個引腳；特殊的串口，如藍牙串口除接上述的三個腳之外，還接了DSR引腳和CTS引腳，是因為藍牙串口的數據流輸出采用這兩個腳的信號控制；而其他引腳是跟MODEM相關的。在智能家居系統中，家電控制板接普通串口，GSM模塊接藍牙串口。

RS-232信號相對于信號地而言，在正負電平之間擺動。發送數據時，發送端輸出的正電平在+5V到+15V之間，負電平在-5V和-15V之間。無數據傳輸時，線上為TTL電平。接收器典型的工作電平在+3V~+12V與-3V~-12V。由于發送電平和接收電平的差僅為2~3V左右，所以其共模抑制能力差，加上雙絞線的分布電容，信號傳輸距離最大為15m，最高速率為20kb/s[2]。

MAX232包含2個驅動器、2個接收器和一個電壓發生器電路，提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5VTTL/CMOS電平。每一個發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。

2.3.2家電控制電路

家用電器控制的接口電路如圖2-7所示，K1～K4為繼電器，分別控制四路家電的閉合和斷開，Q1～Q4為繼電器線圈電流驅動，電路由單片機的P1口進行控制，DD1～DD4發光二極管用于顯示某路控制電路的工作情況，主要為了調試電路而設置。

2.3.3傳感器接口電路

如圖2-8所示，在傳感器沒有報警信號時，光電耦合芯片處于截止狀態，與之相接的單片機端口為低電平；當傳感器有報警，傳感器輸出高電平，此時光電耦合芯片導通，與之相接的單片機端口為高電平，由單片機對報警信號進行采集并做出相應處理。

2.4GSM通信模塊

GSM通信部分采用如圖2-9所示的西門子MC35GSM/GPRS無線模塊作為通信工具。它支持EGSM900和GSM1800雙頻，支持數字、語音、短消息和傳真，使用AT指令控制發送短消息。它采用9V直流電源供電，通過RS-232串行端口與XSBase270試驗箱連接進行通信。

2.5視頻監控模塊

視頻采集模塊采用使用中星微（Vimicro）公司的ZC0301P芯片的攝像頭，ZC0301P芯片可支持USB1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率（640×480）。在VGA模式下可達到15幀/秒速率，在CIF（352×288）和SIF（320×240）模式下可達到30幀/秒速率。它通過USB接口連接到XSBase270試驗箱。

2.6總體軟件設計方案

根據智能家居的硬件設計方案，設計出軟件的總體設計方案如圖2-11所示：

其中:、

（1）家電控制系統和GSM網絡通信各自獨占一個RS-232串口。家電控制系統接XSBase270的紅外串口，GSM模塊接藍牙串口。如圖2-12所示。

（2）實時視頻監控通過USB攝像頭捕捉圖像，圖像數據通過以太網發送到PC客戶端進行圖像還原。

（3）以太網通信基于TCP/IP協議，測試環境為局域網，若投入到因特網的應用，則需要在服務端、客戶端所在的局域網連接到因特網的網關——即路由器上，要進行端口映射，才可以進行網絡的連接。

智能家居系統的軟件基于WindowsCE5.0嵌入式操作系統。WindowsCE被設計成一種分層結構，從下而上一共分為了硬件層、OEM層、操作系統層和應用層共四個層[3]。這種層次的結構將硬件和軟件，操作系統和應用軟件隔離開，以便于實現系統的移植。智能家居的軟件設計主要是集中在應用層。

3操作系統的定制

WindowsCE5.0嵌入式操作系統的定制依靠PlatformBuilder5.0完成。PlatformBuilder是微軟公司設計的用于嵌入式操作平臺定制與驅動程序的開發的工具。推出它的目的之一就是讓用戶可以更好的將嵌入式操作系統移植到特定的目標平臺上。

3.1BSP的安裝

為了讓WindowsCE5.0能在實驗箱上運行起來，還必須安裝XSBase270的板級支持包（BSP）。板級支持包是介于主板和操作系統中驅動程序之間的一層，一般認為它屬于操作系統的一部分，主要是對操作系統的支持，為上層的驅動程序提供訪問硬件設備寄存器的函數包。

在PC上安裝好5.0和PlatformBuilder5.0后，打開實驗箱附帶光盤中的BSP文件夾，運行XSBase270_V010106.msi文件，安裝XSBase270的BSP。如圖3-1所示。