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1、智能家居系统的设计与实现本论文转载于论文天下：http:/www.lunwentianxia.eom/product.free.10011387.l/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
2、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。关键词：智能家居，嵌入式系统，Windows CE， Visual C+， Delphi1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
3、的设计，功能包括了短信控制家电，传 感器探测非正常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。 2-1硕件设计框图3U1Mt -|S1 iTi it1 Vi2.2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。PXA
4、270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。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。2-2 lSEaseS7a箱展开團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
5、。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。m国進文卫载miiM家电控制模块fmMk gl2.3.1审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：机HPEtrFLOVDCFkof - 7Xl.AFi mmGNUMilFU2禹3FCUEgPOlTALE 阿X心PX5g心Pi2Pi IPiiiP10 P-LIBla晶 郑-图冢电控就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
6、，其针脚定义图如图2-5所S 2-5 RS-232 DBS头针脚定义團rT fx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至到+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
7、电平在+3V+12V与-3V-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为23V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/s2。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2七K1AX232引脚團2.3.2家电控制电路t36I5E?2-7模拟家电控制电踣家用电器控制的接口电路如图2-7所示，K1K4
8、为继电器，分别控制四路家电的闭合和断 开，Q1Q4为继电器线圈电流驱动，电路由单片机的P1 口进行控制，DD1DD4发光二 极管用于显示某路控制电路的工作情况，主要为了调试电路而设置。2.3.3传感器接口电路I U團弘8传感器接口电路图 如图2-8所示，在传感器没有报警信号时，光电耦合芯片处于截止状态，与之相接的单片 机端口为低电平；当传感器有报警，传感器输出高电平，此时光电耦合芯片导通，与之相接 的单片机端口为高电平，由单片机对报警信号进行采集并做出相应处理。2.4 GSM通信模块GSM通信部分采用如图2-9所示的西门子MC35 GSM/GPRS无线模块作为通信工具。它支 持EGSM900和
9、GSM1800双频，支持数字、语音、短消息和传真，使用AT指令控制发送 短消息。它采用9V直流电源供电，通过RS-232串行端口与XSBase270试验箱连接进行通 信。2.5视频监控模块视频采集模块采用使用中星微（Vimicro）公司的ZC0301P芯片的摄像头，ZC0301P芯片 可支持USB 1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率（640x480）。在VGA模式下可达到15 帧/秒速率，在CIF（352x288 ）和SIF（320x240）模式下可达到30帧/秒速率。它通过USB 接口连接到XSBase270试验箱。IIA家RP电MC网IJK系端2-11软件设计框图E 2-10 ;3O.1
10、P 摄像哄2.6总体软件设计方案根据智能家居的硬件设计方案，设计出软件的总体设计方案如图2-11所示:实时视频监矩以太网通信3E1I10：1其中:、(1 )家电控制系统和GSM网络通信各自独占一个RS-232串口。家电控制系统接XSBase270 的红外串口，GSM模块接蓝牙串口。如图2-12所示。(2) 实时视频监控通过USB摄像头捕捉图像，图像数据通过以太网发送到PC客户端进行 图像还原。(3) 以太网通信基于TCP/IP协议，测试环境为局域网，若投入到因特网的应用，则需要在 服务端、客户端所在的局域网连接到因特网的网关一一即路由器上，要进行端口映射，才可 以进行网络的连接。囹也一丄忙 4
11、甲!jffiNT弔!-智能家居系统的软件基于Windows CE 5.0嵌入式操作系统。Windows CE被设计成一种分层 结构，从下而上一共分为了硬件层、OEM层、操作系统层和应用层共四个层3。这种层次 的结构将硬件和软件，操作系统和应用软件隔离开，以便于实现系统的移植。智能家居的软 件设计主要是集中在应用层。3操作系统的定制Windows CE 5.0嵌入式操作系统的定制依靠Platform Builder5.0完成。Platform Builder是微 软公司设计的用于嵌入式操作平台定制与驱动程序的开发的工具。推出它的目的之一就是让 用户可以更好的将嵌入式操作系统移植到特定的目标平台上。3.1 BSP的安装为了让Windows CE 5.0能在实验箱上运行起来，还必须安装XSBase270的板级支持包(BSP)。板级支持包是介于主板和操作系统中驱动程序之间的一层，一般认为它属于操作 系统的一部分，主要是对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函 数包。在PC上安装好Windows CE.net5.0和Platform Builder5.0后，打开实验箱附带光盘中的BSP 文件夹，运行XSBase270_V010106.msi文件，安装XSBase270的BSP。如图3-1所示。
