智能家居系统的设计与实现（一）

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1、智能家居系统的设计与实现一论文关键词：智能家居嵌入式系统indsEVisual+Delphi论文摘要：本文讨论了基于indsE.net5.0嵌入式操作系统，以使用IntelXSale270为PU的AR10嵌入式实验箱为硬件根底，以VisualStudi2022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indsE5.0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。本设计交融了嵌入式系统、通讯、单片机、软件开发等学科的知识。系统测试结果说明，该系统设计根本满足要求，并有一定的功能扩展空间。1绪论目前，科学技

2、术开展迅速，借助飞速开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理解家中的平安，进步业主的平安感，而且通过实时控制家电，进步了业主生活的舒适度。本文提出了基于嵌入式系统AR10的智能控制平台的设计，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AR10为控制核心，单片机控制的家电控制模

3、块和传感器报警模块，并且包含GS通信模块的智能家居系统，硬件构造框图如图2-1所示。SHAPE*ERGEFRAT图2-1硬件设计框图2.2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indsE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。PXA270处理器的最高主频可达520Hz，且该处理器被参加了irelessXX技术，大大的进步了多媒体处理才能，而且参加了IntelSpeedStep动态电源管理技术，在保证PU性能的前提下，最大限度的降低设备功耗1。XSBase270配置32FLASH

4、R，64SDRA，并装备了触摸屏、以太网、USB、串口、F/、PIA等接口。满足了智能家居系统控制中心的硬件要求。图2-2XSBase270实验箱展开图2.3家电控制板家电控制板采用AT8951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。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。图2-3家电控制模块2.3.1串行端口电路家电控制板采用串口与XSBase270实验箱进展通信，其采用了经典的兼容RS-232标准的AX232芯片作为串口的电平转换芯片。电路的连接如图2-

5、4所示：图2-4家电控制板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，其针脚定义图如图2-5所示：图2-5RS-232DB9头针脚定义图其中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TS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DE相关的。在智能家居系统中，家电控制板接普通串口，GS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到+15V之间，负电平在-5V和-1

6、5V之间。无数据传输时，线上为TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V+12V与-3V-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为23V左右，所以其共模抑制才能差，加上双绞线的分布电容，信号传输间隔 最大为15，最高速率为20kb/s2。AX232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5VTTL/S电平。每一个发送器将TTL/S电平转换成TIA/EIA-232-F电平。图2-6AX232引脚图2.3.2家电控制电路图2-7模拟家电控制电路家用电器控制的接口电路如

7、图2-7所示，K1K4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口进展控制，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传感器接口电路图2-8传感器接口电路图烟雾、煤气泄漏、红外等这些传感器的报警信号通过光电耦合接入单片机的P2口，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，此光阴电耦合芯片导通，与之相接的单片机端口为高电平，由单片机对报警信号进展采集并做出相应处理。2.4GS通信模块GS通信局部采用如图2-9所示的西门

8、子35GS/GPRS无线模块作为通信工具。它支持EGS900和GS1800双频，支持数字、语音、短消息和 ，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试验箱连接进展通信。图2-9西门子352.5视频监控模块视频采集模块采用使用中星微Viir公司的Z0301P芯片的摄像头，Z0301P芯片可支持USB1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率640480。在VGA形式下可到达15帧/秒速率，在IF352288和SIF320240形式下可到达30帧/秒速率。它通过USB接口连接到XSBase270试验箱。图2-10301P摄像头2.6总体软件设计方案

9、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：图2-11软件设计框图其中:、1家电控制系统和GS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，GS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P客户端进展图像复原。3以太网通信基于TP/IP协议，测试环境为局域网，假设投入到因特网的应用，那么需要在效劳端、客户端所在的局域网连接到因特网的网关即路由器上，要进展端口映射，才可以进展网络的连接。图2-12红外串口与蓝牙串口智能家居系统的软件基于indsE5.0嵌入式操作系统。indsE被设

10、计成一种分层构造，从下而上一共分为了硬件层、E层、操作系统层和应用层共四个层3。这种层次的构造将硬件和软件，操作系统和应用软件隔分开，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indsE5.0嵌入式操作系统的定制依靠PlatfrBuilder5.0完成。PlatfrBuilder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的平台上。3.1BSP的安装为了让indsE5.0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

11、序之间的一层，一般认为它属于操作系统的一局部，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存放器的函数包。在P上安装好indsE.net5.0和PlatfrBuilder5.0后，翻开实验箱附带光盘中的BSP文件夹，运行XSBase270_V010106.si文件，安装XSBase270的BSP。如图3-1所示。图3-1BSP安装程序文件安装好BSP后，进入PlatfrBuilder5.0中定制基于“EDRSYSTESXSBASE270:ARV4I的因特网应用类型的系统镜像设计4。如图3-2所示。图3-2定制系统时选择BSP种类3.2添加平台特征和配置平台为了使系统在定制后可以满足

12、根本的应用，并保证对某些设备的支持，就要向所设计的平台中添加必要的特征。1添加USBAtiveSyn(FileSyn)组件。只有添加此组件，才能使用P的USB接口与indsE进展文件同步。这也是在应用软件调试过程中所必须的条件。(atalg-reS-indsEdevies-Appliatins-EndUser-AtiveSyn-FileSyn)2添加hineseSiplifiedFnt。安装中文简体字体后，才能正常显示中文。(atalg-reS-indsEdevies-Internatinal-LaleSpeifiSupprt-hineseSipified-Fnts)3添加文件系统支持。(at

13、alg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-FATFileSyste)4添加分区管理(atalg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-PartitinDriver)5添加控制面板中的存储器管理组件(atalg-reS-indsEdevies-FileSystesandDataStre-Strageanager-StrageanagerntrlPanelApplet)6添加基于软件的输入系统软键盘等(atalg-reS-indsEdevies-ShellandUse

14、rInterfae-UserInterfae-SftareInputPanel-Sftare-basedInputPanel(SIP)(hse1rre)-SIPfrLargeSreens)7添加平台管理器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，设置平台的属性。在“Pl

15、atfr菜单下单击“Setting,在nfiguratin下拉菜单中选择“EdrSystesXSBase270:ARV4IRelease项，选择Lale选项卡，进展系统地理位置和环境语言支持的设置。Lales列表中，为最下端的“中文中国项打勾。在DefaultLanguage下拉菜单里选择“中文中国为系统的默认语言。如图3-3所示。图3-3选择操作系统默认语言在Buildptin列表中，只选择EnableEbtSpaeinery(IGEBT=1)和riteRun-tieIagetFlashery(IGFLASH=1)两项。如图3-4所示。图3-4程序组建选项设置单击“BuildS菜单下的“Sy

16、sgen开场组建操作系统。如图3-5所示:图3-5生成操作系统镜像3.3红外串口与蓝牙串口的翻开经测试，在默认配置下生成的系统镜像，只翻开了位于XSBase270模块板上的全功能调试串口，而位于接口扩展板上的红外串口和蓝牙串口并没有被翻开。为了可以与家电控制板和GS模块连接，实现完好的智能家居系统的功能，必须将它们翻开。1查找中断号中断号的定义是在试验箱所提供的板级支持包中被配置的。翻开:INE500PlatfrXSBase270Srinbsp_fg.h文件。可以看到调试串口和通信串口的中断号的定义，如图3-6所示。图3-6BSP中的串口中断定义可以看到调试串口BFUART的中断号是28，转化

17、为16进制为0x1；通信串口SFUART中断号27，转换为16进制是0x1b。2修改注册表翻开以下文件夹，其中“F:platfr270是在新建操作系统平台时所存储它的磁盘位置。F:Platfr270RelDirXSBase270_ARV4I_Release翻开platfr.reg注册表文件，在此文件中包含了对一些硬件的初始化的代码。在“IFBSP_NSERIAL!与“ENDBSP_NSERIAL!两句代码之间，可以看到蓝牙串口的注册表初始化代码，下面只需要添加初始化红外串口的代码：;pentheIRSerialPrtHKEY_LAL_AHINEDriversBuiltInSerialIRIrq

18、=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=IRSeri

19、alablen3: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修改好注册表代码以后，保存platfr.reg文件。翻开刚刚建立的操作系统设计工程，选择BuildS菜单下的akeRun-TieIage命令，生成新的内核文件NK.bin。3.4操作系统的生成与下载定制并组建indsE后，将会生成BtLaderEBT.nb0文件和NK内核nk.bin，将它们烧写进入XSBase270实验箱。4应用软件设计4.1应用程序编写环境开发环境：irsftVisualStudi202

20、2开发语言：irsftVisual+2022软件开发包：XSBase270SDK智能家居系统的应用程序采用VisualStudi2022进展开发。VisualStudi是微软公司开发的inds平台上的应用程序开发环境。VisualStudi可以创立inds下的inds应用程序和网络应用程序，也可以用来创立网络效劳、智能设备应用程序和ffie插件5。VisualStudi2022面向.net框架2.0版本，同时可以开发跨平台的应用程序。图4-1VisualStudi20224.2智能家居人机接口设计翻开VisualStudi2022，创立一个基于FSartDevieAppliatin的V+程序。

21、如图4-2所示：图4-2新建智能家居的应用程序到选择平台步骤时选择XSBase270平台，删除默认的PketP2022平台。如图4-3所示。图4-3选择软件开发包支持单击“Next按钮进入选择应用程序类型和资源语言程序界面上采用的语言的画面。如图4-4所示，选择“Dialgbased基于对话框类型，资源语言选择“中文中国。其他工程保存默认的选项。图4-4选择应用程序种类保持默认的设置，一直到完成新建工程向导。进入IDE环境。集成环境的窗口分布如图4-5所示：图4-5VisualStudi2022集成环境将对话框设计成如图4-6所示：图4-6智能家居操作界面设计表4-1智能家居应用软件界面控件配置控件类型控件名称功能按钮控件初始化GS初始化GS模块开场摄像翻开摄像头，开场视频捕捉停顿摄像停顿摄像头视频捕捉开场监听翻开AR的9000号端口，翻开网络通信停顿监听关闭端口，停顿TP通信冰箱翻开家中的冰箱设备灯光翻开家中的灯光设备微波炉翻开家中的微波炉设备空调翻开家中的空调设备关于我们查看软件作者版权声明信息退出程序关闭未关闭的线程，退出程序列表控件消息窗口用来显示用户发回的短信记录图片控件煤气煤气传感器报警信号，报警时红色，常态时绿色烟雾烟雾传感器报警信号，报警时红色，常态时绿色红外红外传感器报警信号，报警时红色，常态时绿色编辑框信息框实时显示系统运行情况