嵌入式作业终板.docx

1、嵌入式作业终板基于手机终端的智能家居监测与管理系统 院系物理工程学院 专业测试计量技术与仪器 姓名代啟林 学号201312131581 日期2013年11月13日摘要介绍了基于Android手机作为客户端监控家庭各种设备，利用ARM7开发一套具有应用价值的智能家居无线监控系统。以分布式系统为基础,通过自定义的通信协议进行无线信息交互,满足了多种需要,充分利用了嵌入式系统的有限资源。建立了独特的安全机制,具有一定的安全强度,适应了具体应用。最后,对系统的硬件配置、 通信的流程、 安全的实现等环节作了详细介绍。关键词：Android，ARM7，无线监控系统1 前言随着电子技术、网络技术的发展，智能

2、家居逐步走进人们的生活。其智能化、方便快捷的特点为改善了现代人的生活质量和快节奏的工作生活提供了诸多安全、舒适和便利的条件。此外，由于现代家居燃气泄露、火灾对人的生命财产安全造成直接威胁。现代家居内甲醛浓度超标及其危害的隐蔽性，无声的影响着人们的健康。紧急情况下求助不便这些都是有待研究的问题1。因此，对智能家居技术向室内无线通信，远程通信手持化，整体系统小型化，功能多样化方向发展是目前亟需解决的问题智能家居在几十年的发展中，虽然技术上比较成熟，但仍存在一定的瓶颈。从室内网络类型来看，早期智能家居多采用RS485、电力线载波等技术布置有线网络。RS485网络虽然较容易实现，但会给室内布线带来不便

3、，而电力线载波处理电力线干扰信号难度较大。从远程控制终端接入方法来看，多以以太网、Wi-Fi或GPRS等接口将家庭智能主机终端和用户远程终端连接2。随着近年来无线网络技术的发展采用无线网络布置家居内部网络系统成为主流。目前，现有的智能家居系统需要在装修之前或者装修同时对智能家居系统实施安装布置，存在一定的不便。其次布网复杂、成本高、系统庞大也成了影响用户接受的一个因素。 基于ARM7处理器的嵌入式智能家居监控系统，实在ARM32位高性能嵌入式处理器LPC2136中移植了C/OS-II实时操作系统，使用操作系统中的消息机制。利用手机短信和无线遥控器实现监测功能：甲醛气体监测单元、火灾监测单元、燃

4、气监测单元实施采集数据，判断是否超过安全阈值，分别决策甲醛含量是否超标、家居是否发生火灾、燃气是否泄露3。如监测单元检测到超过安全阈则会自动向家庭智能主机终端传输报警信息，家庭智能主机终端以短信形式通知用户手机。2. 系统设计2.1总体设计以下结合附图对本项目的具体实施方式作进一步详细说明。由图1给出，本项目包括手机终端，家庭智能主机终端和各监测单元及管理单元三部分4。图1 系统架构框图手机终端设计如图2所示操作界面，点击不同的功能区域则向家庭智能主机终端发送不同的短信指令。图2手机终端设计图3家庭智能主机终端由GSM模块、LPC2136微控制器和无线数传模块组成。监测单元及管理单元包括3个检

5、测单元和1个家电管理单元5。3个检测单元分别是图4甲醛气体监测单元。 图3 家庭智能主机终端 图4 甲醛气体监测单元 图5火灾监测单元、图6燃气监测单元。其中甲醛气体监测单元、火灾监测单元、燃气监测单元都由无线数传模块、LPC2136微控制器和相应的传感器（组）组成6。 图6燃气监测单元 图6燃气监测单元图7家电管理单元由无线数传模块、LPC2136微控制器和电器受控单元组成，电器受控单元连接各家电控制电源通断7。图7家电管理单元2 2 硬件设计2.2.1 LPC2136处理器概述LPC2136微控制器是NXP公司基于16/32位ARM7TDMI-SCPU ，并带有256 kB 的高速 Fla

6、sh存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，3位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thum b模式将代码规模降低超过30% ，而性能的损失却很小8。由于LPC2136微控制器采用非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器以及多达9个外部中断 ，这使它们特别使用于工业控制、医疗系统、远程访问控制和电子收款机等小型化的应用领域9。LPC2136芯片的主要特性包括：（1）芯片体积小， 采用LQFP64封装；（2） 32 kB的片内静态RAM和256kB的片内；（3）多个串行接口，包括2个UART、2个高速I2C总线（400 KB/S）、SPI和具有缓

7、冲作用数据成都可变功能SSP；（4）2个32位定时器/外部事件计数器（带4路捕获和 4 路比较通道）、PWM 单元（6路输出）、实时时钟和看门狗定时器；（5）32位通用I/O口；（6）CPU 操作频率可达60MHz;双电源（CPU操作电压范围：3.03.6，I/O口可承受5V的电压）；两个低功耗模式（空闲和掉电）。主控模块是该系统的核心模块。智能家居监控系统的主控模块是NXP公司的 LPC2136ARM处理器，它提供了很多接口，包括UART、IC和I/O等。该系统只需要在 LPC2136周围增加较少的元器件和电路，就能设计出功能较强的、符合要求的主控模块的电路10。LPC2136通过UART双

8、工异步通信线和GSM模块相连，用AT指令与手机互通短消息，达到对室内各种状态的遥控和监测。LPC2136的IC总线挂载了DS1621数字温度传感器，用来检测室温；同时为了防止数据被破坏，LPC2136的IC总线还当家里发生异常时，CP就会通过GSM模块对设置的报警手机号码进行短消息报警，同时家中的报警器就也会发出警告声，提醒家中人员12。2.2.2 IC总线及其器件IC采用两根I/O线：一根时钟线( SCL串IC采用两根I/O线：一根时钟线 (SCL串双工的同步数据通信。IC总线通过SCL/SDA两根线使挂接到总线上的器件相互进行信息传递。最高传送速率为100kB/s。ARM通过寻址来识别IC

9、总线上的存储器、LCD驱动器、I/O扩展芯片及其他IC总线器件，省去了每个器件的片选线，因而使整个系统的连接极其简洁。总线上的设备分为主设备(ARM处理器)和从设备两种。各种设备均并联在这条总线上，每个电路和模块都有唯一的地址13。IC总线在传送数据过程中共有3种类型信号它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据；应答信号：接收数据的设备在接收到8bit数据后，向发送数据的设备发出特定的低电平脉冲表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一

10、个应答信号，CPU接收信号的判断。若未收到应答信号，判断为受控单元出现故障本设计在IC总线上加上了两个器件，分别为DS1621温度传感器与AT24C02串行EPROM。两个器件地址分别定义为0x01，0x00。2.2.3 显示模块。我们利用安卓开发，在手机上开发一个系统的总体设计思路是在智能空间中部署一台PC，负责提供服务并与用户的Android手机通信手机作为管理其他设备的管理器，提供管理界面，例如远程控制设备文件操作这实际上是一个C/S结构的系统，PC作为服务器，Android手机作为客户端系统的总体结构如图2所示图2 系统总体结构在该系统中，OSGI智能网关连接了内部网络和外部网络，所有

11、的内部设备与该网关相连，它主要由OSGIFramework以及各种Bundle组成，Bundle之间互相通信，使设备能够了解彼此的状态，并进行相互的操作用户携带Android智能手机进入空间后，手机端连入网络，动态获取一个IP地址，搜索网络中的可用设备服务，发现可用服务后与之进行交互Android手机与PC之间通过Socket 进行通信手机端的按键通过脚本文件定义成为各种击键命令或者热键组合命令(消息)，PC端解析该命令，调用相应的应用程序，进行远程控制，同时PC端会返回一些状态信息，例如某个目录中所有文件的列表当在焦点窗体响应命令(消息)显示按键字符时就是无线键盘，其设备管理框架如图3所示。

12、图3 设备管理框架监测功能实现：甲醛气体监测单元、火灾监测单元、燃气监测单元实施采集数据，判断是否超过安全阈值，分别决策甲醛含量是否超标、家居是否发生火灾、燃气是否泄露。如监测单元检测到超过安全阈值则会自动向家庭智能主机终端传输报警信息，家庭智能主机终端以短信形式通知手机终端。管理功能实现：用户可直接编辑短信指令或通过触摸手机终端操作界面发送短信至家庭智能主机终端，完成对家电的开关管理和定时开关设置。家庭智能主机终端接收指令向家电管理单元发送开关信号，家电管理单元通过控制电器受控单元（现为继电器）控制家电开关。紧急求助功能实现：只要按动前面叙述的紧急求助按钮，家庭智能主机终端即向手机终端发送紧

13、急求助信号。用户不外出情况下，可直接操作家庭智能主机终端完成家电管理功能。1-15总结在本论文中，我选取了我们这次的创新项目中的课题为蓝本，根据自己所学的ARM知识为向导，书写的本论文。通过项目创新方案的设计和这次作业的完成，我不仅对ARM知识有一个初步的系统了解，而且对我们自己专业的领域也有了更深的感想。虽然我们的创新项目昨天已经批下来了，我知道我这个设计方案还是有很大的缺陷，这个问题我会在具体硬件设计的过程中会有更进一步的解决。冰冻三尺，非一日之寒，滴水石穿，不集小流无以成江河。我知道在嵌入式的这天路上，我还有很长的路要走。但是，通过这次的创新项目方案的设计，通过这次论文的隽写，我想信这条

14、路上我会有一个很好的明天。参考文献1 陈帅, 钟先信, 刘积学.等l. 无线传感器网络的新进展与应用 J. 压电与声光, 2006, 28(3): 297-9.2 高国富, 罗均, 谢少荣. 智能传感器及其应用 M. 化学工业出版社, 2005.3 高小平. 中国智能家居的现状及发展趋势 J. 低压电器, 2005, 4(1): 18-2O.4 黄磊, 付菲, 闵华松. 基于 ZigBee 技术的智能家居方案研究 J. 微计算机信息, 2009, 14): 71-3.5 黄涛, 褚淑杰. 基于红外通信的智能家居系统 J. 微计算机信息, 2005, 21(1): 140-2.6 黄贤武, 郑筱

15、霞. 传感器原理与应用 M. 电子科技大学出版社, 1999.7 黄智伟, 唐冬, 王彦. 嵌入式智能家居系统网关无线收发模块电路设计 J. 计算机测量与控制, 2004, 6(12): 572-4.8 李红刚, 张素萍, 方佳.等l. 基于ARM的智能家居远程监控系统设计 J J. 现代电子技术, 2009, 32(5): 134-8.9 明光照, 李鸥, 张延军. 基于无线传感器网络的智能家居系统设计 J J. 通信技术, 2009, 42(02): 233-4.10 沙占友. 智能传感器系统设计与应用 M. 电子工业出版社, 2004.11 吴仲城, 戈瑜, 虞承端.等l. 传感器的发展方向网络化智能传感器 J. 电子技术应用, 2001, 2(6): 8.12 余启家, 殷瑞祥. 基于 ARM 及 GPRS 的智能家居系统的实现 J J. 微计算机信息, 2007, 23(7): 119-21.13 周洪. 智能家居控制系统 M. 中国电力出版社, 2006.14 周游, 方滨, 王普. 基于 ZigBee 技术的智能家居无线网络系统 J J. 电子技术应用, 2005, 9(37-40.15 朱祖涛, 茅大钧. 智能传感器的兴起与发展动向 J. 上海电力学院学报, 2002, 18(3): 53-7.