現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)設計

1、智能家居系統(tǒng)設計方案擬制： 韓 越 學號：日期：2008-12-14西安科技大學智能家居系統(tǒng)目錄一概述31.1前言31.2智能家居系統(tǒng)的主要功能31.3我國智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀3二方案概述42.1.范圍42.2設計依據(jù)42.2.1智能家居系統(tǒng)模型42.2.2 GPRS技術52.2.3 ZigBee技術52.3術語、定義6三系統(tǒng)原理63.1系統(tǒng)總體結構63.2系統(tǒng)工作流程7四硬件總體84.1 信息處理終端硬件總體84.1.1 S3C2410主要特性94.1.2 AM29LV160DB主要特性124.1.3 28F128J主要特性144.1.4 HY57V主要特性154.1.5 MC13192主要性能

2、154.1.6 PTR4000無線傳輸模塊特性154.1.6.1 PTR4000無線傳輸模塊的基本電氣特性：164.1.6.2模塊引腳功能164.1.6.3硬件接口174.1.6.4 編程配置接口174.1.6.5 PTR4000的配置184.1.7報警輸出電路194.2監(jiān)控終端硬件總體204.2.1 S3C44B0X主要特性204.2.2數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端214.2.2.1 SN75LBC184技術參數(shù)224.2.2.2 AD573主要性能224.2.3 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)234.2.4 電機控制監(jiān)控終端244.2.4.1 TLV5615D/A主要特性244.3 智能遙控器硬件總體244.3.

3、1 點陣LED顯示254.3.1.1點陣顯示屏部分254.3.1.2 顯示屏控制部分264.4 冗余設計274.4.1系統(tǒng)總體冗余設計274.4.2安全監(jiān)控部分冗余設計28五軟件總體285.1系統(tǒng)軟件構成及平臺285.2系統(tǒng)軟件主流程圖28六結構設計296.1結構29七參考文獻30一概述1.1前言智能家居系統(tǒng)是信息時代帶給人們的一個高科技產(chǎn)物它涉及到對家庭網(wǎng)絡內(nèi)所有的智能器具、設備和系統(tǒng)的操作和管理，以及計算機技術、通汛網(wǎng)絡技術和自動控制技術的應用。它們的最終目的都是為滿足人們對安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護的需求。1.2智能家居系統(tǒng)的主要功能智能家居系統(tǒng)通過其核心設備一一家庭智能終端來實

4、現(xiàn)家庭網(wǎng)絡化的功能。具體功能如下：1，網(wǎng)上服務：網(wǎng)上購物、遠程教學、遠程醫(yī)療等。2，自動抄表：無須人工人戶杏表記錄，電表、冷水表、熱水表、煤氣等等計量表的自動傳送3可視對講：住戶與訪客、訪客與物業(yè)中心、住戶與物業(yè)中心均可進行可視或語音對話從而保證了對外來人員進入的控制4供電管理：為所有的燈光電器提供一個有效的控制手段，您町以在任何地方，任何時候控制您的燈光電器例如在傘家出外旅行時亦可通過電話遙控您的家居。5照明控制系統(tǒng)：對燈光進行開閉和調(diào)光控制可指定任何一個開關的控制對象(任何位置的一盞或多盞燈)；并且根據(jù)不同的情景，做出相應的調(diào)整。6、遠程控制：在任意地方您都可以通過電話或手機對家庭網(wǎng)絡上的

5、各種電器設備進行遠程遙控。當然還包括日程管理系統(tǒng)、家居安全防范、語音控制功能、INTERNET遠程遙控、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控等功能。1.3我國智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀我國的家庭智能化的發(fā)展道路具有自己的特殊性，我國的家庭智能化是由社區(qū)(小區(qū))智能化及家庭安全系統(tǒng)逐步發(fā)展進化而來的。因此，在我國，家庭智能化的概念更具有實用性。在智能家居系統(tǒng)中 家庭安全系統(tǒng)被放在首要的位置，是智能家居系統(tǒng)不可缺少的和基本的組成部分。我們認為，在我國現(xiàn)階段一個具有實用性的智能家居系統(tǒng)應包括三個方面的內(nèi)容：(1)安全防范及報警功能。(2)對燈光、空調(diào)等家用電器的多元化控制功能。(3)對來自家庭內(nèi)部和外部的多媒體信息的獲取、分配、存貯

6、等處理功能。二方案概述2.1.范圍本文件規(guī)定了智能家居系統(tǒng)的硬件總體設計、軟件總體設計、系統(tǒng)運行配置與應用方式以及使用的關鍵技術等。本文適用于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)工作。2.2設計依據(jù)2.2.1智能家居系統(tǒng)模型智能家居系統(tǒng)根據(jù)其傳感器和執(zhí)行器的不同性質(zhì)，可以分為控制域、信息域和管理域三個部分。1 控制域在控制域中，主要由智能傳感器和智能控制器組成，傳感器用來測量環(huán)境參數(shù)的變化， 并反饋執(zhí)行器的工作狀態(tài)執(zhí)行器接受傳感器發(fā)出的狀態(tài)信息或管理域的控制指令并執(zhí)行?？刂朴虻奶攸c是：(1)數(shù)據(jù)量小，主要有代表執(zhí)行器開關狀態(tài)或控制命令的邏輯變量和代表環(huán)境參數(shù)的數(shù)值變量等。(2)對控制網(wǎng)絡的可靠性有較高的要求，但

7、對網(wǎng)絡的通信速度(帶寬)要求較低。(3)控制域的網(wǎng)絡節(jié)點多，分布廣泛，因此對節(jié)點安裝、調(diào)試、組網(wǎng) 操作(使用)的方便性和易用性有較高的要求。2 信息域在信息域，將包括各種信息家電或網(wǎng)絡家電，如數(shù)字電視、網(wǎng)絡冰箱、網(wǎng)絡微波爐、網(wǎng)絡洗衣機、數(shù)字機頂盒、數(shù)字音響、數(shù)碼相機、PDA、計算機等，也許我們會用機項盒作為多媒體服務器對來自于家庭內(nèi)部和外部的各種圖像、視頻、音頻及其它媒體信息進行采集、存貯、分配、數(shù)字化壓縮及解壓縮處理等，并通過各種終端設備實現(xiàn)人機交互。信息域的特點是：(1)數(shù)據(jù)量大，對網(wǎng)絡帶寬和實時性要求高。(2)信息來源廣泛：有線電視網(wǎng)模擬廣播、網(wǎng)絡視頻服務器 有線電視網(wǎng)數(shù)字廣播 無線廣播

8、、CD VCDDVD等媒體播放器、攝像機、互聯(lián)網(wǎng)絡等。3 管理域智能家居系統(tǒng)的管理模型使各個智能家居系統(tǒng)表現(xiàn)出差異性。從控制節(jié)點到智能化系統(tǒng)服務器以及實現(xiàn)人機交互的信息終端中的所有軟件，構成了家庭智能化的管理域。管理域一般應由前端信息采集軟件、網(wǎng)絡通信軟件、各節(jié)點控制軟件 人機交互界面，以及實現(xiàn)智能化控制及管理模型的管理軟件、通信協(xié)議等組成。2.2.2 GPRS技術GPRS (General Packet Radio Service)。即通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術面向用戶提供移動分組的IP或者X25連接。與GSM電路交換數(shù)據(jù)相比，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務的承載和支持上具

9、有非常明顯的優(yōu)勢：資源共享，頻帶利用率高，用戶只有在進行數(shù)據(jù)傳輸時才占有系資源；數(shù)據(jù)傳輸率高，GPRS采用分組交換技術，每個用戶能同時占用多個無線信道，同一無線信道又可由多個用戶共享。理論上，GPRS最高傳輸率可達1 712kbits；支持X25協(xié)議和IP協(xié)議，可與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行互通互連；用戶永遠在線且按流量、時間計費，通信成本低。由此可見，將GPRS技術應用于智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是最理想的選擇。2.2.3 ZigBee技術Zigbee是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術標準，被稱作IEEE 802.15.4（Zigbee）技術

10、標準。Zigbee技術是一種結構簡單、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡通信技術，主要適合于自動控制、醫(yī)用設備控制、家庭自動化等領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。Zigbee技術的優(yōu)勢：l 數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB/秒-250KB /秒，專注于低傳輸應用；l 功耗低：在低功耗待機模式下，兩節(jié)普通5號電池可使用6-24個月免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是ZigBee的支持者所一直引以為豪的獨特優(yōu)勢。l 成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本；l 網(wǎng)絡容量大：網(wǎng)絡可容納65,000個設備；l 時延短：典型搜索設備時延為30ms，休眠激

11、活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms；l 網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強，通信可靠；l 數(shù)據(jù)安全： ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法（美國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）,各個應用可靈活確定其安全屬性；l 有效范圍小：有效覆蓋范圍1075米之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境;l 工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國），均為免執(zhí)照（免費）的頻段。2.3術語、定義主動監(jiān)控終端：主動向信息處理終端發(fā)送指令的終端。如與安裝在室內(nèi)的門磁、紅外、煙霧、

12、燃氣監(jiān)測等傳感器連接的監(jiān)控終端。雙向監(jiān)控終端：通過信息處理終端發(fā)送控制指令，同時亦可以查詢當前狀態(tài)的終端。如智能熱水器，智能空調(diào)，智能窗簾等。被動監(jiān)控終端：信息處理終端發(fā)送查詢指令，返回狀態(tài)數(shù)據(jù)的終端。如智能水表、電表、煤氣表等。指令：對信息處理終端而言，定義為兩類。一類是用戶控制指令，使用戶發(fā)出的對監(jiān)控終端設備的控制指令；另一類是系統(tǒng)指令，是主動監(jiān)控終端發(fā)出的指令，用于對用戶進行信息反饋。節(jié)點：系統(tǒng)中的設備。三系統(tǒng)原理3.1系統(tǒng)總體結構智能家居系統(tǒng)由監(jiān)控終端，信息處理終端，監(jiān)控主機三部分組成。監(jiān)控終端對傳感器數(shù)據(jù)的采集以及對家用電器的控制，信息處理終端用于對各個節(jié)點信息的處理，分為主動監(jiān)控終

13、端、被動監(jiān)控終端、雙向監(jiān)控終端。監(jiān)控主機是一臺運行監(jiān)控管理軟件的PC機，用于對數(shù)據(jù)的提取以及對系統(tǒng)的綜合控制。如圖1。圖1 系統(tǒng)總體結構智能家居系統(tǒng)是一個典型的星狀網(wǎng)絡，其核心是信息處理終端，圖2為智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構圖。圖2 智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構圖3.2系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)開啟工作時，信息處理終端對監(jiān)控終端初始化，信息處理終端出于待機狀態(tài)，等待指令。同時安裝在室內(nèi)的主動監(jiān)控終端循環(huán)檢測環(huán)境的狀態(tài)。當檢測到有異常情況發(fā)生時，其將指令發(fā)給信息處理終端，信息處理終端控制警笛發(fā)出告警聲音，并發(fā)送相應信息提醒戶主或物業(yè)管理人員有險情發(fā)生并采取防范措施。當終端檢測到門磁或紅外告警時，將啟動圖像抓拍器，對

14、用戶室內(nèi)現(xiàn)場進行連續(xù)拍照，拍攝到的圖像終端先進行緩存，再發(fā)送給信息處理終端，信息處理終端將圖像以文件的形式進行備份。用戶可以通過GPRS設備或者智能遙控器發(fā)送相應指令給信息處理終端，用以改變、查詢雙向監(jiān)控設備的的工作狀態(tài)，同時信息處理終端還反饋狀態(tài)改動成功與否。用戶可以對監(jiān)控終端發(fā)送查詢命令對被動監(jiān)控終端進行數(shù)據(jù)查詢。如果是查詢傳感器及門磁狀態(tài)，監(jiān)控終端對相應傳感器的狀態(tài)進行檢測，向監(jiān)控主機返回傳感器的狀態(tài)信息；如果是查詢水表、電表或者煤氣表的用量命令，監(jiān)控終端發(fā)送數(shù)據(jù)給信息處理終端，信息處理終端根據(jù)“三表”的RS-485協(xié)議，構造查詢幀命令，發(fā)送相應的查詢命令，將回的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的通信協(xié)議打

15、包，通過終端上內(nèi)置的GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控主機。信息處理終端還將把相應事件以日志的形式記錄下來，以便事后對告警信息進行查詢；當接收到的數(shù)據(jù)幀是抄表命令返回的數(shù)據(jù)時，主機將把數(shù)據(jù)寫入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。同時，在顯示界面上彈出一個新窗口，顯示戶主信息、查詢時間、表的用量相應費用等信息。同時信息處理終端還可根據(jù)采集到的環(huán)境參數(shù)對相應的雙向監(jiān)控終端發(fā)送指令，對其狀態(tài)進行調(diào)整。信息處理終端還可以通過標準串口與PC機進行連接，通過PC端相應的軟件，可以掉出日志文件、查表數(shù)據(jù)等信息，并且設置信息處理終端的工作狀態(tài)以及監(jiān)控終端的連接管理、初始化管理，同時還可以設置更改用戶信息等。圖3為系統(tǒng)工作流程圖。四硬件總體4.

16、1 信息處理終端硬件總體信息處理終端主要由ARM主控模塊,GPRS模塊,SDRAM,無線模塊,報警輸出電路等組成。如圖4。系統(tǒng)中ARM 控制器的主要作用是對報警輸入輸出I/ O 口和其它部分進行控制,同時實現(xiàn)接受和傳輸視頻數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)通信和GPRS 網(wǎng)絡通信等功能,因此要選用具有較多的通用I/ O 口和外圍資源豐富便于構建外圍電路的芯片。 選用三星公司的S3C2410 作為系統(tǒng)的處理器。 FLASH 選用AM29LV160DB 和28F128J 3A ,分別存放bootloader 引導代碼和系統(tǒng)源程序。 SDRAM 選用2 片HY57V 構成容量為64 MB 高速動態(tài)隨機存儲器。圖3 系統(tǒng)工

17、作流程圖4.1.1 S3C2410主要特性S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I/O口，圖4 信息處理終端硬件總體RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2個USB主機，1個USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運行在203MHz。核心板的尺寸僅

18、相當于名片的2/3大小，尺寸如此小巧的嵌入式核心板是國內(nèi)首創(chuàng)。開發(fā)商可以充分發(fā)揮想象力，設計制造出小體積，高性能的嵌入式應用產(chǎn)品。（1）S3C2410芯片集成了大量的功能單元，包括： 內(nèi)部1.8V，存儲器3.3V，外部I/O3.3V，16KB數(shù)據(jù)Cache，16KB指令Cache，MMU。 內(nèi)置外部存儲器控制器（SDRAM控制和芯片選擇邏輯）。 LCD控制器，一個LCD專業(yè)DMA。 4個帶外部請求線的DMA。 3個通用異步串行端口（IrDA1.0，16-Byte Tx FIFO and 16-Byte Rx FIFO），2通道SPI 一個多主I2C總線，一個I2S總線控制器。 SD主接口版本1

19、.0和多媒體卡協(xié)議版本2.11兼容。 兩個USB HOST，一個USB DEVICE（VER1.1）。 4個PWM定時器和一個內(nèi)部定時器。 看門狗定時器。 117個通用I/O。 56個中斷源。 24個外部中斷。 電源控制模式：標準、慢速、休眠、掉電。 8通道10位ADC和觸摸屏接口。 帶日歷功能的實時時鐘。 芯片內(nèi)置PLL。 設計用于手持設備和通用嵌入式系統(tǒng)。 16/32位RISC體系結構，使用ARM920T CPU核的強大指令集。 帶MMU的先進的體系結構支持WinCE、EPOC32、Linux。 指令緩存（Cache）、數(shù)據(jù)緩存、寫緩存和物理地址TAG RAM，減小了對主存儲器帶寬和性能的

20、影響。 ARM920T CPU核支持ARM調(diào)試的體系結構。 內(nèi)部先進的位控制器總線（AMBA）（AMBA2.0，AHB/APB）。（2）系統(tǒng)管理 小端/大端支持 地址空間：每個BANK128MB（全部為1GB）。 每個BANK可編程為8/16/32位數(shù)據(jù)總線。 BANK0到BANK6為固定起始地址。 BANK7可編程BANK起始地址和大小。 一共8個存儲器BANK。 前6個存儲器BANK用于ROM、SRAM和其它。 兩個存儲器BANK用于ROM、SRAM、和SDRAM（同步隨機存儲器）。 支持等待信號用以擴展總線周期。 支持SDRAM掉電模式下的自刷新。 支持不同類型的ROM用于啟動（NOR/

21、NAND Flash、EEPROM和其它）。（3）芯片封裝272-FBGA封裝4.1.2 AM29LV160DB主要特性 Single power supply operation Full voltage range: 2.7 to 3.6 volt read and write operations for battery-powered applications Regulated voltage range: 3.0 to 3.6 volt read and write operations and for compatibility with high performance 3.3

22、 volt microprocessors Manufactured on 0.23 m process technology Fully compatible with 0.32 m Am29LV160B device High performance Access times as fast as 70 ns Ultra low power consumption (typical values at5 MHz) 200 nA Automatic Sleep mode current 200 nA standby mode current 9 mA read current 20 mA p

23、rogram/erase currentFlexible sector architecture One 16 Kbyte, two 8 Kbyte, one 32 Kbyte, andthirty-one 64 Kbyte sectors (byte mode) One 8 Kword, two 4 Kword, one 16 Kword, andthirty-one 32 Kword sectors (word mode) Supports full chip erase Sector Protection features : A hardware method of locking a

24、 sector to preventany program or erase operations within that sector Sectors can be locked in-system or via programming equipment Temporary Sector Unprotect feature allows code changes in previously locked sectorsUnlock Bypass Program Command Reduces overall programming time when issuing multiple pr

25、ogram command sequencesTop or bottom boot block configurations availableEmbedded Algorithms Embedded Erase algorithm automatically preprograms and erases the entire chip or any combination of designated sectors Embedded Program algorithm automatically writes and verifies data at specified addressesM

26、inimum 1,000,000 write cycle guaranteeper sector n 20-year data retention at 125C Reliable operation for the life of the systemPackage option 48-ball FBGA 48-pin TSOP 44-pin SOCFI (Common Flash Interface) compliant Provides device-specific information to the system, allowing host software to easily

27、reconfigure for different Flash devicesCompatibility with JEDEC standards Pinout and software compatible with singlepower supply Flash Superior inadvertent write protectionData# Polling and toggle bits Provides a software method of detecting program or erase operation completionReady/Busy# pin (RY/B

28、Y#) Provides a hardware method of detecting program or erase cycle completion (not available on 44-pin SO)Erase Suspend/Erase Resume Suspends an erase operation to read data from,or program data to, a sector that is not being erased, then resumes the erase operationHardware reset pin (RESET#) Hardwa

29、re method to reset the device to reading array dat4.1.3 28F128J主要特性High-Density Symmetrically-Blocked Architecture128 128-Kbyte Erase Blocks (128 M)64 128-Kbyte Erase Blocks (64 M)32 128-Kbyte Erase Blocks (32 M)High Performance Interface Asynchronous Page Mode Reads110/25 ns Read Access Time (32 M)

30、120/25 ns Read Access Time (64 M)150/25 ns Read Access Time (128 M)2.7 V3.6 V VCC Operation 128-bit Protection Register64-bit Unique Device Identifier64-bit User Programmable OTP CellsEnhanced Data Protection Features Absolute Protection with VPEN= GNDFlexible Block LockingBlock Erase/Program Lockou

31、t during Power TransitionsPackaging56-Lead TSOP Package64-Ball Intel Easy BGA PackageCross-Compatible Command Support IntelBasic Command SetCommon Flash InterfaceScalable Command Set32-Byte Write Buffer6 s per Byte Effective ProgrammingTime12.8M Total Min. Erase Cycles (128 Mbit)6.4M Total Min. Eras

32、e Cycles (64 Mbit)3.2M Total Min. Erase Cycles (32 Mbit)100K Minimum Erase Cycles per BlockAutomation Suspend OptionsBlock Erase Suspend to ReadBlock Erase Suspend to ProgramProgram Suspend to Read0.25 Intel StrataFlash Memory Technology4.1.4 HY57V主要特性 Single 3.3V 0.3V power supply All device pins a

33、re compatible with LVTTL interface JEDEC standard 400mil 54pin TSOP-II with 0.8mm of pin pitch All inputs and outputs referenced to positive edge of system clock Data mask function by UDQM and LDQM Internal four banks operation Auto refresh and self refresh 8192 refresh cycles / 64ms Programmable Bu

34、rst Length and Burst Type- 1, 2, 4, 8 and Full Page for Sequential Burst- 1, 2, 4 and 8 for Interleave Burst Programmable CAS Latency ; 2, 3 Clocks4.1.5 MC13192主要性能無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用Freescale公司的MC13192。它是一種短距離、低功耗的無線收發(fā)器,工作在2. 4 GHz ISM頻段,共有16個通信信道,輸出功率低,帶片上RAM緩存,提供3種省電模式,帶有4個內(nèi)部定時器,還提供可編程時鐘頻率輸出供給MCU。工作電壓(V):

35、23.4功耗(mA)1%工作周期:0.3發(fā)，0.37收頻段(GHz):2.42.5敏感度(dBm)1%PER:-92接口:SPI速率(kbps):250協(xié)議:IEEE 802.15.4應用:2.4GHz ISM,802.15.4封裝/溫度:QFN32/-40854.1.6 PTR4000無線傳輸模塊特性1 2.4Ghz全球開放ISM頻段，免許可證使用2 最高工作速率1Mbps,高效GMSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合3 125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要4 內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制5 低功耗1.93.6V工作，Power down模式下狀態(tài)僅為1uA6 內(nèi)置2.

36、4Ghz天線，體積小巧約24X24mm7 模塊可軟件設地址，只有受到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便8 內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開關電源均有很好的通信效果9 標準DIP間距接口，便于嵌入式應用4.1.6.1 PTR4000無線傳輸模塊的基本電氣特性：無線傳輸模塊的基本電氣特性工作頻率2400MHz-2524MHZ靈敏度90dBm工作電壓1.9-3.6V發(fā)射電流10mA接收電流18mA最高通信速率1000Kbit/s掉電模式功耗1uA使用距離30到50m信道125個頻道調(diào)制/解調(diào)方式GMSK4.1.6.2模塊引腳功能無線傳輸模塊

37、的引腳功能管腳功能方向PIN1DATA通道1數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，接單片機I/OI/OPIN2GND電源地PIN3CLK1通道1時鐘IPIN4GND電源地IPIN5DR1通道1中斷輸出OPIN6CS工作模式選擇，選擇芯片為配置模式還是發(fā)射/接收模式IPIN7DOUT2通道2數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，接單片機I/OOPIN8GND電源地PIN9CLK2通道2時鐘OPIN10GND電源地PIN11DRR2通道2中斷輸出OPIN12CE使能，使芯片進入工作模式IPIN13PWR節(jié)能控制端。當PWR=1時，模塊處于正常工作狀態(tài)，PWR=0時，模塊處于待機微功耗狀態(tài)IPIN14GND電源地PIN15VCC正電源1.

38、9-3.6V輸入IPIN16VCC正電源1.9-3.6V輸入I4.1.6.3硬件接口圖5 PTR4000接口示意圖圖中給出PTR4000的用戶接口，該接口由9個數(shù)字輸入/輸出I/O組成，按照工作可分為三組：4.1.6.4 編程配置接口該接口由CE、CS、PWR組成，控制PTR4000的四種工作模式：配置模式，發(fā)射/接受模式，待機模式，Power down掉電模式。配置數(shù)據(jù)由DATA、CLK1輸入，各種模式的控制模式見下表表3-5配置接口模式模式PWRCECS工作模式（發(fā)射/接收）110配置模式101待機模式100掉電模式0XX說明：（1）待機模式下功耗約為12uA,此時發(fā)射/接收電路均關閉，只

39、有時鐘電路工作（2）掉電模式下功耗為1uA，此時所有電路關閉，進入最省電狀態(tài)通道1接口通道1接口CLK1、DATA、DR1為三線多功能接口：（1） 在配置模式下，單片機通過通道1的DATA、CLK1線配置PTR4000的工作參數(shù)；（2） 在發(fā)射模式下，單片機通過通道1的DATA、CLK1發(fā)送數(shù)據(jù)；（3） 在接收模式下，當接收到與本機地址一致時，通過DR1輸出中斷指示（高有效），單片機通過DATA、CLK1接收數(shù)據(jù)通道2接口通道2接口CLK2、DOUT2、DR2為三線數(shù)據(jù)接口，在PTR4000模塊中保留未使用4.1.6.5 PTR4000的配置PTR4000上電以后首先必須通過單片機對其進行配置

40、：單片機首先將按照模式控制真值表將PTR4000設為配置模式；然后單片機通過通道1的DATA、CLK1將15byte的配置數(shù)據(jù)送入PTR4000模塊，完成配置。配置字一覽表位的位置位數(shù)名稱功能功能配置119：1128DATA2_W通道2的數(shù)據(jù)長度111：1048DATA1_W通道1的數(shù)據(jù)長度103：6440ADDR2通道2的地址63：2440ADDR1通道1的地址23：186ADDR_W地址的位數(shù)171CRC_L選擇8位或16位CRC161CRC_ENCRC使能基本配置151RX2_EN允許通道2141CM通信模式131RFDR_SB通信速率（1Mbps或250Kbps）12：103XO_F晶

41、振頻率9：82RF_PWR發(fā)射功率設置7：17RF_CH#頻點設置01RXEN發(fā)射/接收選擇配置字一共為120bit(15Byte),在CLK1的上升沿開始最高位（MSB）移入PTR4000。在CS下降沿后，模塊內(nèi)部更新所有內(nèi)部配置，即新的配置字在CS的下降沿后開始生效。上電后第一次配置時必須將120bit配置字全部移入；而后當僅需要做收發(fā)切換時，只需移入1bit即可完成收發(fā)模/式的切換。配置字說明MSBDATA2_WD119D118D117D116D115D114D113D112信道2的數(shù)據(jù)長度XXXXXXXX默認值DATA1_WD111D110D109D108D107D106D105D10

42、4信道1的數(shù)據(jù)長度XXXXXXXX默認值4.1.7報警輸出電路系統(tǒng)使用的所有探測器和報警設備,都是通過GPIO與控制器相連來完成報警輸入輸出的功能。然而這些輸入輸出信號都有很強的電流,對系統(tǒng)的干擾較大,因此采用TL P521 光電隔離芯片和繼電器對報警輸入輸出信號分別進行隔離,從而把外部信號對系統(tǒng)的影響降到最低。4.2監(jiān)控終端硬件總體監(jiān)控終端品種繁多，前文所述，監(jiān)控系統(tǒng)分為三種類型：主動監(jiān)控系統(tǒng)、被動監(jiān)控系統(tǒng)、雙向監(jiān)控系統(tǒng)。這三類監(jiān)控終端硬件結構大致如下圖：圖6 監(jiān)控終端硬件總體CPU選用三星公司的基于ARM7TDMl內(nèi)核的$3C440X微處理器，該處理器是三星公司專為PDA和一般應用開發(fā)提供

43、的高性價比和高性能的解決方案。4.2.1 S3C44B0X主要特性1 、 CPU 為 S3C44B0X （指令緩存 8K 字節(jié)）； 2 、 Flash 為 2M 字節(jié)（用戶根據(jù)需要可以自己更換為 4M 字節(jié)） 3 、 SDRAM 為 16M 字節(jié) 4 、 Nand Flash 為 K9F2828U0A （ 16M 字節(jié)）或者 K9F5608U0A （ 32M 字節(jié)）或者容量更大的 Flash ； 5 、 USB 接口芯片為 PDIUSBD12 ，支持 USB1.1 規(guī)范； 6 、以太網(wǎng)接口使用 RTL8019AS 芯片； 7 、 USB HOST 接口（板上沒有焊接，需要的用戶請看補充說明）

44、8 、 EEPROM 為 24LCXX （ DIP 插座，芯片用戶自行配置）； 9 、 LCD 接口支持 4 位和 8 位數(shù)據(jù)總線的液晶模塊和觸摸屏（典型的如 DMF50081 ），無論黑白、四級灰度、 16 級灰度、 256 色液晶均可使用，最大支持 256 色 640 480 STN 液晶模塊； 10 、兩路標準三線 RS232 接口； 11 、一個標準 PS/2 接口； 12 、標準 20 芯 JTAG 接口； 13 、七路 ADC 輸入； 14 、一個 ATA 接口，可以連接 IDE 硬盤，光驅 15 、四個高亮 LED ； 16 、四個輕觸小按鍵； 17 、一個復位開關 18 、一個

45、蜂鳴器； 19 、 RTC 電池一個； 20 、另有 S3C44B0X 的 160 個引腳都通過 2.54 標準連接器引出；系統(tǒng)中FLASH、SDRAM如信息處理終端，不再過多闡述。監(jiān)控終端因為其傳感器功能不同大致可分為以下幾類：數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端，圖像采集類監(jiān)控終端，電機控制類監(jiān)控終端。不同的功能的監(jiān)控終端采用的數(shù)據(jù)處理模塊是不同的，下面分類介紹。4.2.2數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端是指通過相應數(shù)據(jù)模塊對傳感器或家用電器發(fā)送相應指令的監(jiān)控終端，如對智能開關的控制終端。其核心是數(shù)據(jù)的格式以及連接方式。根據(jù)最外圍設備的不同，我們選擇不同的傳輸模塊。在該系統(tǒng)中，我們定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標準

46、：RS-485，采用SN75LBC184擴展S3C44B0X的UART接口。某些傳感器傳送的是模擬信號，數(shù)據(jù)傳輸模塊添加D/A轉換器，系統(tǒng)中采用AD573。圖7 數(shù)據(jù)處理終端硬件結構4.2.2.1 SN75LBC184技術參數(shù)驅動器:1接收器:1工作電壓(V):5ESD (kV):15傳輸速率(Mbps):0.250Icc 最大(mA):25引腳兼容:SN75176封裝/溫度():PDIP-8/070描述:抗雷擊的RS-485差分總線收發(fā)器4.2.2.2 AD573主要性能圖8 AD573管腳AD573 10位A/D轉換器:集成包括基準源，比較器和時鐘在內(nèi)全部的A/D轉換功能，全兼容816位微

47、處理器總線接口。轉換時間20us，+5V和-12V-15V工作電壓，20pinDIP封裝，經(jīng)濟型器件。4.2.3 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)圖像處理模塊由圖像采集芯片、圖像壓縮芯片及相關外圍電路組成。 系統(tǒng)采用專用采集和壓縮芯片組成的硬件電路來實現(xiàn)圖像處理的功能,不采用軟件方式來實現(xiàn),是為了保證安防報警系統(tǒng)的實時性,減輕控制器的負擔,并能獲得較好的數(shù)字壓縮圖像。圖像采集芯片采用TechWell 公司的TW9903。TW9903 內(nèi)部帶有軟件控制的4 選1 的信號輸入選擇器,可選擇由composite video sources 和S2videosource 組成的不同種類的輸入方式,能自動識別輸入的模擬

48、信號格式,可將解碼輸出的24 bit RGB、8bit 或16 bit YUV 數(shù)字信號和VREF、HREF 控制信號及PCL K時鐘信號直接輸入圖像壓縮芯片。系統(tǒng)采用了8 位YUV 4 2 2 輸出格式,通過BNC 可對13 個攝像頭的模擬圖像信號進行采集,并通過IIC 總線使S3C2410 對TW9903 進行初始化和控制。圖像壓縮芯片采用WIS Technologies 公司的GO7007. GO7007 采用MPEG4 壓縮算法進行實時圖像壓縮, 支持CCIR2601 、RGB Bayer 和8 bitCCIR2656 YUV 4 2 2 的輸入格式,可以提供面向窄帶通信的高質(zhì)量40

49、kB/ s QCIF 視頻和2 MB/ sMPEG4 視頻,同時能隨Internet 用帶寬變化動態(tài)調(diào)整比特率和幀率,能夠輸出高質(zhì)量的微軟視頻格式。 具有視頻輸入接口、SDRAM 接口、調(diào)試接口、與控制器相連的USB , HPI 輸出接口等。 系統(tǒng)采用8bit YUV 4 2 2 的輸入格式和HPI 輸出接口,采用MT48LC2M32 的SDRAM 作為外部緩沖區(qū),使S3C2410 控制器通過HPI 接口將初始化程序和數(shù)據(jù)傳給GO7007 ,并讀走壓縮后的視頻數(shù)據(jù)。圖9 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構4.2.4 電機控制監(jiān)控終端電機控制的核心是A/D轉換，本系統(tǒng)采用TLV5615D/A，由于該芯片輸

50、出電壓有限，需要外接放大電路實現(xiàn)對電機運行的控制。圖10 電機控制監(jiān)控終端硬件結構4.2.4.1 TLV5615D/A主要特性TLV5615是一個10位電壓輸出數(shù)模轉換器（DAC）,帶有靈活的3線串行接口,可以無縫連接TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電,電壓范圍2.75.5V。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器,輸出放大器是AB類以提高穩(wěn)定性和減少建立時間。rail-to-rail輸出和關電方式非常適宜單電源、電池供電應用。通過控制字可以優(yōu)化建立時間和功耗比。TLV5615通過固定增益為2的運放緩沖電阻網(wǎng)絡，把10位數(shù)字數(shù)據(jù)轉

51、換為模擬電壓。上電時，內(nèi)部電路把D/A寄存器復位為0。4.3 智能遙控器硬件總體智能遙控器使用戶在家居中對系統(tǒng)個部件進行綜合控制的設備，由于系統(tǒng)復雜，涉及硬件繁多，要求必須有強大功能的遙控器來實現(xiàn)。遙控器同樣采用ZigBee傳輸模式，由S3C2410芯片進行管理。配備有全功能鍵盤和LED顯示器。其中使用的S3C2410等上文中以提及到的IC這里不再過多闡述。圖11 智能遙控器硬件總體4.3.1 點陣LED顯示4.3.1.1點陣顯示屏部分方案一：串行方式顯示。這種方式可同時顯示4個16l6點陣漢字或8個168點陣的漢字、字符或數(shù)字。點陣顯示屏每個單元由16個88點陣LED顯示模塊、行信號選擇譯碼

52、器74HC138、驅動器74HC245、數(shù)據(jù)移位寄存器74HC595和行驅動器組成，如圖1所示。單元顯示屏可以接收控制器(主控制電路板)或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示屏可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的內(nèi)容。 圖12 串行方式顯示邏輯結構框圖此方案為點陣顯示屏系統(tǒng)中比較常用的，所用器件也比較常用，容易買到。但是它存在一個致命的缺點，就是刷新速度不夠快。如果要驅動64列點陣顯示，通用51單片機會比較吃力，出現(xiàn)比較嚴重的閃爍停滯現(xiàn)象。此外，要實現(xiàn)文字的左右移動和調(diào)整移動速度等功能，都會給軟件設計

53、帶來較多困難。 方案二：并行方式顯示?？梢酝ㄟ^鎖存器芯片來擴展IO口，達到控制LED點陣的64個列線的目的。方案中運用16片鎖存器74HC573來組成8組雙緩沖寄存器，驅動LED點陣的8組列線，用4/16譯碼器74HC595對LED點陣的16行進行掃描。在送每一行的數(shù)據(jù)到LED點陣前，先把數(shù)據(jù)分別送到第一級的8個74HC573，然后再給第二級的8個74HC573送鎖脈沖，數(shù)據(jù)一起輸出到LED點陣列中，這樣就避免了各行數(shù)據(jù)顯示不同步問題。由于并行數(shù)據(jù)傳輸速度比串行快，所以字符閃爍的問題得到較好地解決，文字左右移動也比較容易控制。綜上所述，本設計最終選擇了這個方案。 4.3.1.2 顯示屏控制部分

54、方案一：單機工作模式。采用一個單片機控制實現(xiàn)所有功能，其中包括LED點陣顯示屏的刷新顯示、模式設定、時間讀取、溫度檢測，以及與上位機的通信等。只用一個單片機控制點陣顯示屏可以使電路大大減化，軟件設計方面也容易實現(xiàn)。但是，將所有功能集成在一起，一片AT89S52單片機處理能力是不夠的。此時，單片機的CPU內(nèi)部資源已顯不足，會導致系統(tǒng)功能欠佳，達不到較好的性能。 方案二：主從工作模式。采用主從單片機工作方式來控制整個系統(tǒng)。其中一個單片機用于控制LED點陣顯示，另外一個單片機用于擴展鍵盤、串口與上位機通信、溫度測量、時間讀取等工作。相對單機工作方式，主從工作模式的處理能力大大提高，并且分工明確，執(zhí)行速度得到很大的提高。雖然硬件電路以及軟件設計方面要求相對高了一些，更涉及到主從單片機通信問題。但是，為了更好地實現(xiàn)各項性能指標，本設計采用了這種方案。 硬件電路設計本系統(tǒng)硬件電路設計的整體框圖如圖所示。 圖13 LED點陣顯示屏系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主控器電路系統(tǒng)主控器電路如圖3所示，即為一單片機最小系統(tǒng)，外加擴展槽與一些功能電路，通過鍵盤掃描來確定工作模式以及完成相關操作。還包括了時間芯片電路和溫度檢測電路，以及與上位機RS-232接口電路。 圖14主控器電路本設計采用的DS1302是具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能