智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（一）

1、智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一論文關(guān)鍵詞：智能家居嵌入式系統(tǒng)indsEVisual+Delphi論文摘要：本文討論了基于indsE.net5.0嵌入式操作系統(tǒng)，以使用IntelXSale270為PU的AR10嵌入式實(shí)驗(yàn)箱為硬件根底，以VisualStudi2022和Delphi為軟件開發(fā)平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，開發(fā)了相應(yīng)的軟件程序，包括嵌入式操作系統(tǒng)indsE5.0的定制、應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)、程序開發(fā)和單片機(jī)系統(tǒng)的底層編程。本設(shè)計(jì)交融了嵌入式系統(tǒng)、通訊、單片機(jī)、軟件開發(fā)等學(xué)科的知識(shí)。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果說明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)根本滿足要求，并有一定的功能擴(kuò)展空間。1緒論目前，科學(xué)技

2、術(shù)開展迅速，借助飛速開展的網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，人們可以足不出戶地縱覽全球。為了適應(yīng)信息化的需求，科研機(jī)構(gòu)將智能化的理念引入小區(qū)管理，并進(jìn)一步引入家庭，從而產(chǎn)生了智能家居的概念。將通信和以太網(wǎng)通信技術(shù)引入智能家居的設(shè)計(jì)，恰好利用了現(xiàn)有的良好的通信條件，使在外的業(yè)主能及時(shí)理解家中的平安，進(jìn)步業(yè)主的平安感，而且通過實(shí)時(shí)控制家電，進(jìn)步了業(yè)主生活的舒適度。本文提出了基于嵌入式系統(tǒng)AR10的智能控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)，功能包括了短信控制家電，傳感器探測(cè)非正常環(huán)境并且通過短信告知業(yè)主，以及以太網(wǎng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控等功能。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1硬件總體設(shè)計(jì)框圖根據(jù)上文的功能需要，設(shè)計(jì)出由AR10為控制核心，單片機(jī)控制的家電控制模

3、塊和傳感器報(bào)警模塊，并且包含GS通信模塊的智能家居系統(tǒng)，硬件構(gòu)造框圖如圖2-1所示。SHAPE*ERGEFRAT圖2-1硬件設(shè)計(jì)框圖2.2控制核心選擇智能家居控制系統(tǒng)采用如圖2-2所示的XSBase270作為開發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)基于Intel高性能的PXA270處理器，支持indsE和Linux等嵌入式操作系統(tǒng)，是針對(duì)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。PXA270處理器的最高主頻可達(dá)520Hz，且該處理器被參加了irelessXX技術(shù)，大大的進(jìn)步了多媒體處理才能，而且參加了IntelSpeedStep動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)，在保證PU性能的前提下，最大限度的降低設(shè)備功耗1。XSBase270配置32FLASH

4、R，64SDRA，并裝備了觸摸屏、以太網(wǎng)、USB、串口、F/、PIA等接口。滿足了智能家居系統(tǒng)控制中心的硬件要求。圖2-2XSBase270實(shí)驗(yàn)箱展開圖2.3家電控制板家電控制板采用AT8951為控制核心。擴(kuò)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(gè)按鈕模擬三種傳感器。其中四盞LED分別連接單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三個(gè)按鈕分別連接P2.0、P2.1、P2.2。圖2-3家電控制模塊2.3.1串行端口電路家電控制板采用串口與XSBase270實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)展通信，其采用了經(jīng)典的兼容RS-232標(biāo)準(zhǔn)的AX232芯片作為串口的電平轉(zhuǎn)換芯片。電路的連接如圖2-

5、4所示：圖2-4家電控制板串行接口電路如上圖所示，家電擴(kuò)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：圖2-5RS-232DB9頭針腳定義圖其中2腳RxD為接收引腳，3腳TxD為發(fā)送引腳，GND為信號(hào)地引腳。一般情況下普通串口只接這幾個(gè)引腳；特殊的串口，如藍(lán)牙串口除接上述的三個(gè)腳之外，還接了DSR引腳和TS引腳，是因?yàn)樗{(lán)牙串口的數(shù)據(jù)流輸出采用這兩個(gè)腳的信號(hào)控制；而其他引腳是跟DE相關(guān)的。在智能家居系統(tǒng)中，家電控制板接普通串口，GS模塊接藍(lán)牙串口。RS-232信號(hào)相對(duì)于信號(hào)地而言，在正負(fù)電平之間擺動(dòng)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端輸出的正電平在+5V到+15V之間，負(fù)電平在-5V和-1

6、5V之間。無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，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(fā)送電平和接收電平的差僅為23V左右，所以其共模抑制才能差，加上雙絞線的分布電容，信號(hào)傳輸間隔 最大為15，最高速率為20kb/s2。AX232包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路，提供TIA/EiA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/S電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/S電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。圖2-6AX232引腳圖2.3.2家電控制電路圖2-7模擬家電控制電路家用電器控制的接口電路如

7、圖2-7所示，K1K4為繼電器，分別控制四路家電的閉合和斷開，Q1Q4為繼電器線圈電流驅(qū)動(dòng)，電路由單片機(jī)的P1口進(jìn)展控制，DD1DD4發(fā)光二極管用于顯示某路控制電路的工作情況，主要為了調(diào)試電路而設(shè)置。2.3.3傳感器接口電路圖2-8傳感器接口電路圖煙霧、煤氣泄漏、紅外等這些傳感器的報(bào)警信號(hào)通過光電耦合接入單片機(jī)的P2口，如圖2-8所示，在傳感器沒有報(bào)警信號(hào)時(shí)，光電耦合芯片處于截止?fàn)顟B(tài)，與之相接的單片機(jī)端口為低電平；當(dāng)傳感器有報(bào)警，傳感器輸出高電平，此光陰電耦合芯片導(dǎo)通，與之相接的單片機(jī)端口為高電平，由單片機(jī)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)展采集并做出相應(yīng)處理。2.4GS通信模塊GS通信局部采用如圖2-9所示的西門

8、子35GS/GPRS無線模塊作為通信工具。它支持EGS900和GS1800雙頻，支持?jǐn)?shù)字、語(yǔ)音、短消息和 ，使用AT指令控制發(fā)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(yàn)箱連接進(jìn)展通信。圖2-9西門子352.5視頻監(jiān)控模塊視頻采集模塊采用使用中星微Viir公司的Z0301P芯片的攝像頭，Z0301P芯片可支持USB1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率640480。在VGA形式下可到達(dá)15幀/秒速率，在IF352288和SIF320240形式下可到達(dá)30幀/秒速率。它通過USB接口連接到XSBase270試驗(yàn)箱。圖2-10301P攝像頭2.6總體軟件設(shè)計(jì)方案

9、根據(jù)智能家居的硬件設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出軟件的總體設(shè)計(jì)方案如圖2-11所示：圖2-11軟件設(shè)計(jì)框圖其中:、1家電控制系統(tǒng)和GS網(wǎng)絡(luò)通信各自獨(dú)占一個(gè)RS-232串口。家電控制系統(tǒng)接XSBase270的紅外串口，GS模塊接藍(lán)牙串口。如圖2-12所示。2實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控通過USB攝像頭捕捉圖像，圖像數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)發(fā)送到P客戶端進(jìn)展圖像復(fù)原。3以太網(wǎng)通信基于TP/IP協(xié)議，測(cè)試環(huán)境為局域網(wǎng)，假設(shè)投入到因特網(wǎng)的應(yīng)用，那么需要在效勞端、客戶端所在的局域網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)即路由器上，要進(jìn)展端口映射，才可以進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)的連接。圖2-12紅外串口與藍(lán)牙串口智能家居系統(tǒng)的軟件基于indsE5.0嵌入式操作系統(tǒng)。indsE被設(shè)

10、計(jì)成一種分層構(gòu)造，從下而上一共分為了硬件層、E層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層共四個(gè)層3。這種層次的構(gòu)造將硬件和軟件，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件隔分開，以便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移植。智能家居的軟件設(shè)計(jì)主要是集中在應(yīng)用層。3操作系統(tǒng)的定制indsE5.0嵌入式操作系統(tǒng)的定制依靠PlatfrBuilder5.0完成。PlatfrBuilder是微軟公司設(shè)計(jì)的用于嵌入式操作平臺(tái)定制與驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)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(tǒng)移植到特定的目的平臺(tái)上。3.1BSP的安裝為了讓indsE5.0能在實(shí)驗(yàn)箱上運(yùn)行起來，還必須安裝XSBase270的板級(jí)支持包BSP。板級(jí)支持包是介于主板和操作系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)程

11、序之間的一層，一般認(rèn)為它屬于操作系統(tǒng)的一局部，主要是對(duì)操作系統(tǒng)的支持，為上層的驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件設(shè)備存放器的函數(shù)包。在P上安裝好indsE.net5.0和PlatfrBuilder5.0后，翻開實(shí)驗(yàn)箱附帶光盤中的BSP文件夾，運(yùn)行XSBase270_V010106.si文件，安裝XSBase270的BSP。如圖3-1所示。圖3-1BSP安裝程序文件安裝好BSP后，進(jìn)入PlatfrBuilder5.0中定制基于“EDRSYSTESXSBASE270:ARV4I的因特網(wǎng)應(yīng)用類型的系統(tǒng)鏡像設(shè)計(jì)4。如圖3-2所示。圖3-2定制系統(tǒng)時(shí)選擇BSP種類3.2添加平臺(tái)特征和配置平臺(tái)為了使系統(tǒng)在定制后可以滿足

12、根本的應(yīng)用，并保證對(duì)某些設(shè)備的支持，就要向所設(shè)計(jì)的平臺(tái)中添加必要的特征。1添加USBAtiveSyn(FileSyn)組件。只有添加此組件，才能使用P的USB接口與indsE進(jìn)展文件同步。這也是在應(yīng)用軟件調(diào)試過程中所必須的條件。(atalg-reS-indsEdevies-Appliatins-EndUser-AtiveSyn-FileSyn)2添加hineseSiplifiedFnt。安裝中文簡(jiǎn)體字體后，才能正常顯示中文。(atalg-reS-indsEdevies-Internatinal-LaleSpeifiSupprt-hineseSipified-Fnts)3添加文件系統(tǒng)支持。(at

13、alg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-FATFileSyste)4添加分區(qū)管理(atalg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-PartitinDriver)5添加控制面板中的存儲(chǔ)器管理組件(atalg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-StrageanagerntrlPanelApplet)6添加基于軟件的輸入系統(tǒng)軟鍵盤等(atalg-reS-indsEdevies-ShellandUse

14、rInterfae-UserInterfae-SftareInputPanel-Sftare-basedInputPanel(SIP)(hse1rre)-SIPfrLargeSreens)7添加平臺(tái)管理器Platfranager(atalg-Platfranager-Platfranager)8添加UsbAtiveSyn(USBFuntin)(atalg-ThirdParty-BSPs-EdrSystesXSBase270:ARV4I-DevieDrivers-USBFuntin-USBFuntinBusDrivers-PXA27xUSBFuntin)完成特性的添加后，設(shè)置平臺(tái)的屬性。在“Pl

15、atfr菜單下單擊“Setting,在nfiguratin下拉菜單中選擇“EdrSystesXSBase270:ARV4IRelease項(xiàng)，選擇Lale選項(xiàng)卡，進(jìn)展系統(tǒng)地理位置和環(huán)境語(yǔ)言支持的設(shè)置。Lales列表中，為最下端的“中文中國(guó)項(xiàng)打勾。在DefaultLanguage下拉菜單里選擇“中文中國(guó)為系統(tǒng)的默認(rèn)語(yǔ)言。如圖3-3所示。圖3-3選擇操作系統(tǒng)默認(rèn)語(yǔ)言在Buildptin列表中，只選擇EnableEbtSpaeinery(IGEBT=1)和riteRun-tieIagetFlashery(IGFLASH=1)兩項(xiàng)。如圖3-4所示。圖3-4程序組建選項(xiàng)設(shè)置單擊“BuildS菜單下的“Sy

16、sgen開場(chǎng)組建操作系統(tǒng)。如圖3-5所示:圖3-5生成操作系統(tǒng)鏡像3.3紅外串口與藍(lán)牙串口的翻開經(jīng)測(cè)試，在默認(rèn)配置下生成的系統(tǒng)鏡像，只翻開了位于XSBase270模塊板上的全功能調(diào)試串口，而位于接口擴(kuò)展板上的紅外串口和藍(lán)牙串口并沒有被翻開。為了可以與家電控制板和GS模塊連接，實(shí)現(xiàn)完好的智能家居系統(tǒng)的功能，必須將它們翻開。1查找中斷號(hào)中斷號(hào)的定義是在試驗(yàn)箱所提供的板級(jí)支持包中被配置的。翻開:INE500PlatfrXSBase270Srinbsp_fg.h文件?？梢钥吹秸{(diào)試串口和通信串口的中斷號(hào)的定義，如圖3-6所示。圖3-6BSP中的串口中斷定義可以看到調(diào)試串口BFUART的中斷號(hào)是28，轉(zhuǎn)化

17、為16進(jìn)制為0 x1；通信串口SFUART中斷號(hào)27，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制是0 x1b。2修改注冊(cè)表翻開以下文件夾，其中“F:platfr270是在新建操作系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)所存儲(chǔ)它的磁盤位置。F:Platfr270RelDirXSBase270_ARV4I_Release翻開platfr.reg注冊(cè)表文件，在此文件中包含了對(duì)一些硬件的初始化的代碼。在“IFBSP_NSERIAL!與“ENDBSP_NSERIAL!兩句代碼之間，可以看到藍(lán)牙串口的注冊(cè)表初始化代碼，下面只需要添加初始化紅外串口的代碼：;pentheIRSerialPrtHKEY_LAL_AHINEDriversBuiltInSerialIRI

18、rq=drd:14;20IRQ_STUARTSysIntr=drd:1b;27SYSINTR_SFUARTeBase=drd:40700000;STUARTRegistereLen=drd:40DevieArrayIndex=drd:82;STUARTbjetPrefix=Index=drd:3rder=drd:1Ilass=5195A-BA49-48a0-BE17-DF6D1B0173DD;Dll=s2_serial.dllHKEY_LAL_AHINEDriversBuiltInSerialIRUnideTsp=Unide.dllDevieType=drd:0FriendlyNae=IRSe

19、rialablen3:Devnfig=hex:10,00,00,00,05,00,00,00,10,01,00,00,00,4B,00,00,00,00,08,00,00,00,00,00,00修改好注冊(cè)表代碼以后，保存platfr.reg文件。翻開剛剛建立的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程，選擇BuildS菜單下的akeRun-TieIage命令，生成新的內(nèi)核文件NK.bin。3.4操作系統(tǒng)的生成與下載定制并組建indsE后，將會(huì)生成BtLaderEBT.nb0文件和NK內(nèi)核nk.bin，將它們燒寫進(jìn)入XSBase270實(shí)驗(yàn)箱。4應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)4.1應(yīng)用程序編寫環(huán)境開發(fā)環(huán)境：irsftVisualStudi2022開發(fā)語(yǔ)言：irsftVisual+2022軟件開發(fā)包：XSBase270SDK智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用程序采用VisualStudi2022進(jìn)展開發(fā)。VisualStudi是微軟公司開發(fā)的inds平臺(tái)上的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。VisualStudi可以創(chuàng)立inds下的inds應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，也可以用來創(chuàng)立網(wǎng)絡(luò)效勞、智能設(shè)備應(yīng)用程序和ffie插件5。VisualStudi2022面向.net框架2.0版本，同時(shí)可以開發(fā)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序。圖4-1Vi