DSP課程設(shè)計-家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)設(shè)計

1、家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)設(shè)計0 開發(fā)目的(1) 學(xué)習(xí)溫濕度傳感器、直流有刷電機(jī)、RS485通信應(yīng)用、WIFI模塊的通信實現(xiàn)；(2) 學(xué)習(xí)多模塊協(xié)調(diào)工作的編程思想；(3) 熟悉掌握TMS320F28027硬件電路及工作原理。1 背景和意義隨著Internet 技術(shù)的開展，家用電器、計算機(jī)和通訊一體化技術(shù)也逐步走進(jìn)普通家庭。現(xiàn)代智能家居由于其平安、方便、高效、快捷、智能化等特點，將成為現(xiàn)代社會和家庭的新時尚。當(dāng)家庭智能網(wǎng)關(guān)將家庭中各種各樣的家電通過家庭總線技術(shù)連接在一起時，就構(gòu)成了功能強(qiáng)大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。當(dāng)下智能家居行業(yè)剛剛起步，建設(shè)本錢高，開展不完善。因此本文提出了使用低本錢器件和多源控

2、制技術(shù)來實現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控?；谌菀讓崿F(xiàn)，方便操作，貼近使用的設(shè)計理念，以DSPF28027單片機(jī)為控制核心，采用包括上位機(jī)、 應(yīng)用程序、Web界面等在內(nèi)的多個控制源，進(jìn)行遠(yuǎn)距離、多角度的家庭實時控制。TMS320F28027是TI公司推出的一款32位定點型DSP，可應(yīng)用于一些高分辨率、高效率的場合。它內(nèi)部嵌入了2kB OTP ROM、256kB FLASH和100kB RAM，使用簡單方便，本錢平易，性價比高。TMS320F28027采用單電源供電，內(nèi)部集成的LDO內(nèi)核供電，模擬集成度高，性能穩(wěn)定；采用上電復(fù)位電路外接阻容即可工作；內(nèi)部集成1%精度的振蕩器，不需外接晶振，節(jié)省本錢；工作主頻達(dá)

3、60MHz；同時還具有強(qiáng)大算術(shù)處理能力和豐富的外設(shè)支持功能。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本設(shè)計以DSPF28027芯片為控制核心，以溫度、濕度等傳感器為環(huán)境信息采集源，以Web控制為輔助，共同組成家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開關(guān)的根底上，采用PC上位機(jī)、Web網(wǎng)頁和 APP，來控制家庭開關(guān)設(shè)備如風(fēng)機(jī)，加濕器，空調(diào)，電燈等，實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對家庭進(jìn)行實時控制。傳感器包括溫濕度傳感器等，采用多種傳感器相結(jié)合，智能根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行自動化控制，例如，根據(jù)家庭溫、濕度設(shè)定值自動開啟和關(guān)閉空調(diào)。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 LED電路 HYPERLINK :/bbs.dianyuan /

4、article/25603 t :/ eeworld /LED/2021/1121/_blank LED驅(qū)動電路原理圖如圖2所示，驅(qū)動模塊為DRV8833，采用PWM調(diào)節(jié)方式來驅(qū)動LED使得驅(qū)動電路更簡單，降低了制造本錢，并可以獲得較精確的亮度步進(jìn)調(diào)節(jié)。圖2 LED電路結(jié)構(gòu)框圖3.2 直流有刷電機(jī)電路設(shè)計3.2.1 Motor模塊本模塊主要有電機(jī)驅(qū)動芯片DRV8833 組成，借助正確的PCB組成，借助正確的組成，借助正確的PCB設(shè)計，DRV8833 的每個 H橋能夠連續(xù)提供高達(dá) 1.5 -A RMS或 DC 的驅(qū)動電流在 25 和 采用一個 5V VM 電源時。每個 H 橋可支持高達(dá)2A 的峰

5、值電流。器件具有兩個H 橋驅(qū)動器，并能夠驅(qū)動兩個直流(DC) 電刷電機(jī)、一個雙極性步進(jìn)電機(jī)、螺線管或其他電感性負(fù)載。圖3 DRV8833應(yīng)用電路3.2.2 PWM模塊28027ePWM模塊有 8路 PWM輸出，4路HRPWM。每個增強(qiáng)型 PWM模塊主要有一下特點：16 位的用來控制周期和頻率時基計數(shù)器兩路 PWM輸出 (EPWMxA and EPWMxB)可編程的相位控制基于CBC的硬件鎖相獨(dú)立的上升沿下降延時死區(qū)可編程的觸發(fā)區(qū)圖4 電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)框圖3.3 485模塊總線通訊應(yīng)用實驗，在實現(xiàn)485物理通訊的條件下，應(yīng)用MODBUS協(xié)議局部功能進(jìn)行通訊。圖5 RS485芯片接線圖本程序在RS48

6、5 總線的物理通訊的根底上實現(xiàn)簡單的MODBUS 協(xié)議。對主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀，并實現(xiàn)對應(yīng)功能。通過對SCI 的初始化，并通過MODBUS局部功能的通信協(xié)議來進(jìn)行訊，實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)功能。 溫濕度模塊DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OT

7、P內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最正確選那么。圖6 典型應(yīng)用電路圖 485組網(wǎng)及通信RS-485多機(jī)通信的組網(wǎng)方式：總線式、菊花鏈?zhǔn)健⑿切?、單環(huán)冗余型。根據(jù)現(xiàn)場的串口設(shè)備的位置分布或者可靠性要求選擇總線式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中采用典型的RS-485總線式通信方式：所有RS-485節(jié)點全部掛在一對RS-485總線上。結(jié)構(gòu)圖如下;圖7 RS-485組網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)圖本程序在RS485 總線的物理通訊的根底上實現(xiàn)簡單的MODBUS 協(xié)議。對主機(jī)發(fā)來的數(shù)

8、據(jù)進(jìn)行分析解讀，并實現(xiàn)對應(yīng)功能。通過對SCI 的初始化，并通過MODBUS局部功能的通信協(xié)議來進(jìn)行訊，實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)。該模式下從機(jī)DSP為對等結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要DSP之間可以相互通信，該模式下我們實現(xiàn)了上位機(jī)及微信控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，LED亮度，風(fēng)扇的控制，以及溫濕度的顯示； WIFI模式組網(wǎng)WIFI模塊采用樂鑫科技ESP8266，該模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。ESP8266模塊擁有3中模式：AP，STA，AP/STA;本設(shè)計中采用第三種AP/STA模式；Wifi功能AT指令一覽

9、表，如表1；表1命令描述AT+CWMODE選擇WIFI應(yīng)用模式AT+CWJAP參加APAT+CWLAP列出當(dāng)前可用APAT+CWQAP退出與AP的連接AT+CWSAP設(shè)置AP模式下的參數(shù)AT+CWLIF查看已接入設(shè)備的IP啟動步驟：首先設(shè)置WIFI應(yīng)用模式：AT+CWMODE=3，AP兼Station模式；讓模塊連上實驗室的路由器 ； 發(fā)送：AT+CWJAP=Lab303_2,lWSNWNN 讓模塊連上遠(yuǎn)程效勞器: 發(fā)送：AT+CIPSTART=TCP,192.168.3.245,5000成功連接后效勞器可以直接返回數(shù)據(jù)結(jié)果如下通過遠(yuǎn)程終端發(fā)送相應(yīng)指令，DSP接收到對應(yīng)的指令實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控

10、制，實現(xiàn)了 /電腦終端通過WIFI控制LED，電機(jī)的調(diào)速，及風(fēng)扇的控制。4 上位機(jī)及微信平臺設(shè)計4.1 微信控制原理圖8 微信控制原理結(jié)構(gòu)圖關(guān)注訂閱號，發(fā)送指定指令，即可控制DSP4.2 微信控制簡單指令說明表2指令功能開翻開LED關(guān)關(guān)閉LED1低速正轉(zhuǎn)2中速正轉(zhuǎn)3高速正轉(zhuǎn)s停止-1低速反轉(zhuǎn)-2中速反轉(zhuǎn)-3高速反轉(zhuǎn)4.3 PC上位機(jī)設(shè)計登錄界面圖9 用戶登陸界面監(jiān)控界面圖10 PC機(jī)監(jiān)視及控制界面4.4 網(wǎng)站效勞器設(shè)計網(wǎng)址，該效勞器負(fù)責(zé)微信端， 端的數(shù)據(jù)信息；圖11 網(wǎng)站效勞器登錄及注冊界面4.5 終端設(shè)計 端包括用戶登錄、注冊、控制及顯示。圖12 登陸界面圖13 控制及顯示界面5系統(tǒng)軟硬件測

11、試1485組網(wǎng)模式下實物及測試結(jié)果：圖14 實物接線圖指令與對應(yīng)功能以0號DSP為例說明詳見下表3；指令說明：發(fā)送指令為兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為DSP地址編號，第二個字節(jié)功能指令；返回指令為五個字節(jié)，依次為，返回標(biāo)志符、DSP編號、濕度，溫度。表3指令功能00000號DSP關(guān)閉LED00010號DSP翻開LED00020號DSP低速正轉(zhuǎn)00030號DSP中速正轉(zhuǎn)00040號DSP高速正轉(zhuǎn)00050號DSP低速反轉(zhuǎn)00060號DSP中速反轉(zhuǎn)00070號DSP高速反轉(zhuǎn)00080號DSP停止圖15 串口終端控制界面2WIFI組網(wǎng)模式下測試結(jié)果：本模塊設(shè)計以PC機(jī)、 及移動設(shè)備終端為效勞器終端，WIFI

12、模塊為移動終端，當(dāng)效勞器端啟動之后，通過串口發(fā)送指令使WiFi模塊連接終端，連接成功后，通過 終端可以發(fā)送指令控制DSP；實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制的目的。圖16 安卓客戶端控制界面 5 總結(jié)與展望個人感覺，目前的上課方式比較好，課堂氣氛活潑，平時同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性也加強(qiáng)了，有緊迫感，能主動地去學(xué)東西。本設(shè)計缺乏之處是WIFI模塊使用還不熟悉，不能修改模塊固件代碼，以實現(xiàn)模塊自動連接遠(yuǎn)程效勞器，還有目前 客戶端軟件不能靈活應(yīng)用，使用的是廠家自帶軟件；接下來我們將繼續(xù)完善終端軟件的設(shè)計。通過本工程的設(shè)計我們熟悉了TMS320F28027微控器的工作原理及其硬件電路以及對各種功能組件有了一定的了解。同時也熟悉了DSP的根本編程方法。為以后自己動手實現(xiàn)一些小作品打下了良好的根底。在工程的實施過程中，也時常會遇到一些棘手的人困難，但是通過自己查閱書籍、向同學(xué)請請教討論，攻克了一個個的難題，最終完成了本次課程