远程家电控制技术报告

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1、基于嵌入式Linux技术的远程家电控制系统设计嵌入式应用软件设计实训姓 名:班 级:学 号:课程名称：嵌入式应用软件设计实训指导教师：朱其慎提交日期：2011年11月5日摘要随着科学技术的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们 对生活的安全、舒适、方便等方面的要求越来越高。技术的发展 推动社会信息化的不断发展，特别是智能家居、信息家电等概念 的岀现，使家庭作为社会信息终端的作用H趋显著，人们对家居 控制系统等智能家居产品也充满了期待。论文分析了家居控制系统的起源、发展和研究现状，在对相 关技术进行分析论证的基础上，针对目前移动通信工具比较普及, 家居内部以传统电器为主的特点，提出通过移动通信手

2、段实现家 居的对外联系，通过电力线载波通信技术实现家居内部的互联和 传统家电控制的方案，实现了家居控制系统互联和控制的功能。 论文给出了基于ARM的远程家电控制系统的总体设计方案和部分 实现细节，主要工作包括：1 针对家庭网络中，用户需要远程控制家电的功能需求，设 计了利用GSM模块的短信功能来实现家电远程控制的方案。在分 析GSM通信协议的基础上阐明了中文短消息的编解码方式与收发 控制，讨论了在嵌入式系统中实现中文短消息编解码的方法。2. 以C/OS-TT嵌入式实时操作系统为软件平台，以低功耗、 高可靠性的32位ARM微处理器LPC2114作为主控芯片，采用模块 化编程思想完成了短信收发、液

3、品显示、键盘功能、电力线载波 通信、继电器控制等功能模块的程序编写。3. 利用电力线载波通信技术将家庭内部各电器设备联系起 來，组建了家庭控制网络，并设计了控制网络数据通信协议，确 保通信的可靠性。4. 完成了基于8051单片机的控制模块的外围硕件和相关软件 的编写，对整个远程家电控制系统进行了测试，达到了预期的效果。基于ARM的远程家电控制系统把人们Fl常所用的通信工具作为家电控制系统的移动终端, 态，拓展了人们的生活空间。 远程家电控制系统使用方便、 足人们的日常生活需要。说明：由于时间、经济、使人们随时随地可以控制家电的状 试验结果表明，采用该方案搭建的 通用性好、控制响应时间短，能满人

4、力、物力等方面的限制，我们无法真止做出远程家电控制系统，以卜是我们组对远程家电控制系 统做的模拟实验，主要功能是远程控制LED等的闪烁，盲流电机 的控制以及步进电机的控制等等。前言4第一章远程家电控制介绍51. 1远程家电控制系统的组成和功能51. 2远程家电控制系统的技术现状61.2.1远程家电控制系统的网络技术现状 71.2.2远程家电控制系统的控制器技术现状 7第二章72. 1GEC2410B实验箱外观图 72. 2GEC2410B试验箱的硬件构成 8第三章 几种家电远程控制系统的比较 931 ARM ADS集成环境简介9第四章 方案论证与系统总体设计 144. 1方案认证与电路设计14

5、4. 2系统总体设计15第五章系统详细设计165. 1输入设备的应用165. 2控制设备的应用1853连接设备的应用195. 4输出设备的应用20第六章系统整合与测试21结论24致谢25参考文献26附录27-XJL.1刖B随着网络通信技术、计算机技术、电子技术和智能传感技术 的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们对生活的安全、舒 适、方便和符合绿色环境保护等方而的要求越来越高，同时技术 的发展也促进社会信息化的不断推进。家庭是社会最基本的要素, 家庭信息化既是对社会信息化的支撑，也是社会信息化的必然要 求。上海、深圳等东部沿海城市其至开始通过地方法规等行政手 段逐步推进智能社区、智能家庭等社

6、会基础元素的信息化进程。 家居控制系统作为智能家居系统的重要组成部分，无疑是英中的 重要技术手段和今后社会的基础信息结点。开发智能家居相关产 品不仅能够满足人们生活的需要，对整个社会信息化进程的推动 作用也不可忽略。0 1984年世界上第一幢智能建筑在美国出现后，“智能家居”逐 步走入人们的视野，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等 经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居方案，并在美国、 德国、新加坡、日木等国得到应用。20年后，智能建筑也在我国 扎根发芽，并从单一的建筑单元深入到家庭个体中，智能家居逐 步形成。“智能”也从20多年丽简简单单的电话通话，发展到现 在遍及人们生活的每个环节:

7、智能控制灯光、智能控制开关门、智 能化冰箱、智能操作的洗衣机、智能防盗系统、智能调节室温感 应等。智能家居,或称智能住宅,在英文中常用Smart Home。同 时与智能家居含义近似的还有家庭自动化(Home Automation) 电 子家庭(Electronic Home, E-homc) 数字家园(Digital Family)、 家庭网络(Home Net/Networks for Home) 网络家居(Network Home),智能家庭/建筑(Intelligent HomeBuilding),在香港、台 湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。尽管名称五花八门，但它们的含义和所要完成

8、的功能大体是相 同的:首先，它们都要在家居中建立通信网络，为家庭信息提供必 要的通路，在家庭网络的操作系统控制下，通过相应的硬件和执 行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测；其 次，它们都要通过一定的媒介，构成与外界的通信通道，以实现 与外部世界的信息沟通，满足远程控制、监测和交换信息的需求; 最后，它们的目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿 色环境保护的需求。第一章远程家电控制介绍1.1远程家电控制系统的组成与功能远程家电控制也称为智能家居，它是一个典型的集计算机、 通信和消费在一起的 3C(Computer, Communication and Consumer) 系

9、统，利用先进的计算机技术、网络通信技术、电子技术和智能 传感技术，将与家居生活有关的各种子系统有机结合在一起，通 过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、冇效，是整个世界所 形成的巨型网络的末端。把口动控制技术以及计算机网络技术、 通信技术引入家居，实现对家用电器设备自动控制和调节的家居 控制系统是智能家居中必不可少的基础组成部分。智能家居的功能分为三个层次。首先是实现家庭网络监测与 局域网/Internet的连接与通信;其次是实现远程的控制与浏览; 第三是作为家庭媒体中心，实现咅频和视频信息的综合预处理。 三个层次内容逐层推进，前者是后者的前捉和基础。显然，家居 控制系统所要实现的是智能家居系

10、统第二层次的功能，可以说， 家居控制系统是第二层次的智能家居，同吋家居控制系统也是智 能家居最基础、最实用的组成部分，是智能家居发展的主要方向 Z。智能家居或家居控制系统由多种家庭信息终端或家用电器设 备组成，要想将各成体系、互不相连的子系统协调起来，必须有 一个兼容性强的家庭控制器和满足信息传输需要的家庭网络。家 庭控制器是系统的心脏，通过它实现系统信息的采集、信息输入、 逻辑处理、信息输出、联动控制等功能。家庭网络是系统的经脉, 英包括两个层而:首先就是家庭信息终端Z间的互联问题，也就是 使不同家庭信息终端之间能够互相识别，协同工作;第二个层面是 解决家居内外的沟通问题，使家庭中的信息网络

11、真正成为世界网 络的延伸。两者协调工作才能构成一个完整的集家居通信、家居 设备自动控制、家居安全防范等功能的家居控制系统。1. 2远程家电控制系统的技术现状1-2.1远程家电控制系统的网络技术现状要实现对家届状况的远程监测和对家庭信息终端的互操作， 家庭网络的组网和接入是需要解决的关键问题。从网络连接的角度看，家庭网络是指在家庭和社会的信息网 络相连之前，将家庭内部所有的终端设备连接起來而形成的网络。 家庭网络技术的最终口标是使家居环境中的所有电子设备互联， 电子设备之间、电子设备与外部环境之间能够相互通信。国际上对家庭网络的研究起源于20枇纪70年代，主要集中在 美国、日本、德国、英国、法国

12、等发达国家，但ft于具有不同的 目标和市场战略机制，一直没有形成统一的标准。其中比较重要 的有：美国的 X10, CEBus (Consumer ElcctronicBus)和 Lon Works; H 本的 HBS(Home Bus System);欧 洲 的 E1B (European InstallationBus)和 EHS(EuropeanHomeSystem)。目前，家庭网络有三种实现技术:一种是利用电话线作为传输 介质构建系统，如家庭电话线连网联盟(Home PNA, Home Phoneline Networking Alliance);一种是利用计算机外部总线构建网络，如 R

13、S485, 1EEE1394,以及以太网、Lonworks等网络；第三种是利用 电力线构建的网络。比如：TEEE1394总线:TEEE1394又称火线(FireWire),是一种 高速串行总线标准，其传输速度高达400Mbpso由于市场竞争的缘 故，IEEE1394开始一直受到冷遇，直到最近几年，由于其极大的 带宽，支持同步和异步混合传输的技术特点，以及架构点对点通 信的灵活性，使它广泛应用于信息家电通信、PC体系的连接及工 业测控等领域。目前TEEE1394的应用距离局限了它的应用范围， 同时首字节延迟大、访问与延时随机性大等问题也急待解决。电力线联网技术：即利用电力线作为传输媒介的通信技术

14、。 典型的电力线联网技术主要由3部分构成:数字电力线、电力线交 换技术及上层应用。电力线木身的噪声和信号传输能力有限，这 种技术并不适合数据的高速传输。然而，电力网作为家庭内部最 普遍存在的资源，有其存在的优势，若能实现以家庭电力网为家 庭内部传输系统，建立家庭内的局域通信网，通过Internets公 用电话网，移动通信网为家庭远程控制的接入网，实现家庭网络 与外部网络的连接，无疑有着美好的可靠的数据传输性能和低廉 的成本。1.2.2远程家电控制系统的控制器技术现状远程家电控制系统的控制器是典型的嵌入式系统，嵌入式系 统以应用为中心，以计算机技术为基础、软件硕件可裁剪、适应 应用系统，对功能、

15、可靠性、成木、体积、功耗严格要求的专用 计算机系统等特征在家庭控制器中体现的尤为明显。以单芯片为核心的可编程控制器的欧入式系统，适用于一些 专业性强的工业控制系统，一般通过汇编语言编程对系统进行直 接控制，运行结束后清除内存。这样的系统机构和功能相对单一, 处理效率较低，存储容量较小，不适应效率高、需要大容量存储 介质的现代化工业控制和新兴的家居控制系统核心控制部分的需 要，但可以作为一些外围扩展的单一功能的选择方案。采用嵌入式操作系统的嵌入式系统能够运行于各种不同类型 的微处理器上，兼容性好，操作系统内核精小、效率高，并且具 有高度的模块化和扩展性，具备文件和口录管理、设备支持、多 任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能，还具有大量的 应用程序接口 (API),开发应用程序简单。此外，嵌入式应用软 件丰富，而月.朝着写Internet结合的方向不断发展，非常适用于 由多种家庭信息终端组成，并且需要和外界联系的家居控制系统。嵌入式操作系统方面，从八十年代起，国际上就开始进行一 些商用嵌入式系统和专用操作系统的开发。著名的嵌入式系统国 外有:Windows CE, VxWorks, Palm OS, Linux, ,uC/0S-II 等，国 内有EEOS, HOPEN OS等。相比之下,JC/OS-II是一个免费的、 源代码公开的实时嵌入式内核，提供了实时系统所需的基本功 能。