智能家居系统的设计与实现网络毕业论文

　　关键词：智能家居　嵌入式系统　Windows CE　Visual C++　Delphi

　　论文摘要：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。

　　1 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，并进一步引入家庭，从而产生了智能家居的概念。将手机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的智能控制平台的设计，功能包括了短信控制家电，传感器探测非正常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。

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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。

　　PXA270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^[1]。

　　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。

图2-2　XSBase270实验箱展开图

　　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。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：

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2-5　RS-232 DB9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。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V~-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为2~3V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/s^[2]。

　　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2-6　MAX232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图2-7 所示，K1～K4 为继电器，分别控制四路家电的闭合和断开，Q1～Q4 为继电器线圈电流驱动，电路由单片机的P1口进行控制，DD1～DD4 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