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隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通信技術(shù)向普通家庭生活的不斷普及，如何將消費電子、計算機和通信融為一體，已成為人們非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。智能家電網(wǎng)絡(luò )管理系統能夠實(shí)現家用電器的網(wǎng)絡(luò )化、智能化管理。 通過(guò)該系統將家中的網(wǎng)絡(luò )電器與互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò )相連，這樣無(wú)論何時(shí)何地，用戶(hù)都可以通過(guò)該系統遠程操縱家用電器。本文主要討論智能家居遠程控制系統的設計與實(shí)現。 智能家居系統的總體結構 智能家居遠程控制系統的核心部分是一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，系統集有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)Web服務(wù)器于一體，用戶(hù)可以利用辦公室的PC或者手機登錄家中的Web服務(wù)器，在通過(guò)用戶(hù)名和密碼驗證后，便可以查看并控制家用電器；系統帶有LCD和鍵盤(pán)，具有良好的人機界面；用戶(hù)還可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設定系統的任務(wù)；系統留有豐富的功能擴展接口，通過(guò)這些擴展接口將來(lái)還可以實(shí)現防火防盜和智能抄表等應用。系統結構框圖如圖1所示。 圖1 智能家居系統的總體結構 智能家居系統的硬件設計 1 系統的硬件結構 在本系統中，主芯片采用意法半導體的STR710，它基于高性能的ARM7TDMI內核，擁有非常豐富的外設和增強的I/O功能。該器件包含片上高速單電壓Flash存儲器和高速RAM存儲器。由于內嵌ARM內核，所以與所有的ARM工具和軟件兼容。網(wǎng)絡(luò )芯片采用Cirrus Logic公司生產(chǎn)的基于ISA的低功耗、性能優(yōu)越的CS8900A，GPRS模塊采用Siemens公司的MC35i，另外系統中還提供了32Mb的Flash和SRAM，分別由芯片M28W320ECB和TC55V820FT來(lái)實(shí)現。 圖2 系統硬件結構 2 主芯片STR710 STR710具有4通道12位ADC和10個(gè)通信接口，非常適合工業(yè)應用，尤其適合本設計這種需要比較多的接口，既有模擬輸入又有數字輸入的系統。 STR710是整個(gè)系統的核心。它作為一個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)，將外部網(wǎng)絡(luò )與所有的網(wǎng)絡(luò )家電連接在一起，是整個(gè)系統運行的平臺。首先，在遠程操縱家電方面，STR710負責從MC35i接收到的短消息和CS8900A接收到的以太網(wǎng)數據中提取出用戶(hù)指令，然后根據該指令操縱相應的網(wǎng)絡(luò )家電或者查詢(xún)其運行情況，最后將執行結果反饋到用戶(hù)終端。其次，在網(wǎng)絡(luò )家電工作模式設置方面，STR710的任務(wù)主要是在LCD上顯示相應的菜單以及幫助信息，通過(guò)良好的界面指導用戶(hù)完成設置。STR710還定時(shí)查看家用電器的工作情況。一旦出現緊急或危險的狀況時(shí)，及時(shí)采取必要的保護措施，并向用戶(hù)終端報警。 3 網(wǎng)絡(luò )控制器CS8900A CS8900A突出的特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數據傳輸模式和工作模式等都能根據需要而動(dòng)態(tài)調整，通過(guò)內部寄存器的設置來(lái)適應不同的應用環(huán)境。 CS8900A支持I/O傳輸模式、Memory模式和DMA模式，其中，I/O模式是訪(fǎng)問(wèn)CS8900A存儲區的默認模式，比較簡(jiǎn)單易用，所以在本系統中選用I/O模式。CS8900A與STR710的硬件連接框圖如圖3所示，STR710通過(guò)/SBHE、/IOW和/IOR等控制信號實(shí)現對CS8900A的工作方式控制和讀寫(xiě)操作。 數據的接收采用中斷方式，由于CS8900A和STR710的中斷電平是相反的，所以，中斷信號線(xiàn)間需接一個(gè)非門(mén)。CS8900A與STR710之間的數據傳輸采用的是默認的I/O模式，因此，讀寫(xiě)引腳/MEMW和/M EMR被置高，以關(guān)閉Memory方式。在此模式下，用4根地址線(xiàn)就可以實(shí)現對所有寄存器的訪(fǎng)問(wèn)。如圖3所示，引腳SA0～SA3對應接到STR710的地址線(xiàn)A11～A14上即可。除了為保證上述的默認偏移地址(0x0300)，須將SA8和SA9置高外，其余不用的地址線(xiàn)都接低電平。 CS8900A通過(guò)一個(gè)帶厄流線(xiàn)圈的隔離變壓器(E2023)將CPU要發(fā)送的數據發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上；接收數據時(shí)，由網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據也經(jīng)過(guò)隔離變壓器。加隔離變壓器的作用主要是將外部線(xiàn)路與CS8900A隔開(kāi)，防止干擾和燒壞元器件，實(shí)現帶電的插拔功能。 圖3 CS8900A與STR710的接口 4 GPRS模塊MC35i MC35i的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。MC35i的40個(gè)引腳通過(guò)ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機電路、數據通信電路、語(yǔ)音通信電路、SIM卡電路、狀態(tài)指示燈電路等連接，如圖4所示。 圖4 MC35i外圍接口電路 系統軟件設計 系統軟件采用分層設計，包括硬件設備驅動(dòng)層、操作系統層、應用程序接口層和應用軟件層。軟件系統結構如圖5所示。 圖5 智能家電網(wǎng)絡(luò )管理系統軟件框架 操作系統選擇小型的實(shí)時(shí)操作系統μC/OS-II是基于以下幾方面的考慮：完全免費的內核、公開(kāi)的源代碼、系統內核實(shí)用性強、可靠性高，操作系統內核對處理器以及ROM、RAM資源的要求不高，利于在16位微處理器上移植。TCP/IP協(xié)議分為4層：鏈路層（ARP協(xié)議）、網(wǎng)絡(luò )層（IP協(xié)議、ICMP協(xié)議）、傳輸層（TCP協(xié)議、UDP協(xié)議）、應用層（HTTP協(xié)議）。本系統的TCP/IP協(xié)議棧選擇uIP1.0；圖形用戶(hù)界面選擇μCGUI。 結束語(yǔ) 這一智能家居遠程控制系統設計有別于以往的僅側重于安防的思路，而是家庭信息化的整體解決方案，文中給出了系統的硬件組成和結構，給出了關(guān)鍵模塊的連接方式，以及軟件實(shí)現的結構框圖。由于系統留有豐富的接口，所以隨著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、Internet技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，系統的功能可以得到不斷的補充和完善。以防盜報警為例，在家中安裝攝像頭，以嵌入式系統為視頻中央處理器，完成視頻壓縮與識別，就可以實(shí)現家庭的實(shí)時(shí)監控和報警�？梢钥闯�，智能家居系統目前擁有廣闊地應用前景。 |
