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智能家居主控模块的设计与实现
来源:本站整理  作者:佚名  2009-12-09 14:03:16




    目前智能家居流行的组网方案有4类:基于TcP/IP协议的控制网络;基于EIB(European Installation Bus)总线的控制网络;基于电力载波的控制网络;基于无线协议(zigBee)的控制网络。本文采用TCP/IP协议与CAN总线协议,两种协议取长补短,使整个系统性能更加稳定,功能更加丰富。
    完整的智能家居系统包括5个部分:主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、安全控制子系统和网络控制子系统,5个部分功能上各司其职,逻辑上构成一个完整的控制实体。整个系统为人们提供智能、舒适、安全的家庭环境,同时提供远程信息监控能力。
    主控模块是智能家居的大脑,子系统是智能家居的四肢。主控模块,负责子系统的信息集中、存储、分析和决策。嵌入式芯片发展使主控模块越来越精巧,功能日益丰富。
    电器控制子系统,负责监控电器的运行状态,执行主控模块的控制指令。网络家电的发展扫清了不同家电的识别和互连的障碍,也简化了电器控制子系统的设计。照明控制子系统,又名情景控制,核心是对光影和色彩的智能控制。该子系统控制灯光在角度、明暗、颜色等方面的组合以满足不同的情景需求。该子系统也满足时间控制的概念,具有机械动作传感器、人体移动传感器和照度传感器等。
    安全控制子系统,针对引起安全问题的诸多因素,起到防范和报警的作用,烟雾传感器、温度传感器、一氧化碳传感器负责环境安全控制;可视对讲系统预防陌生人的干扰;门磁传感器和窗磁传感器起到防盗作用。
    远程控制系统子系统,满足家庭网络和公共网络的联网控制功能。孤立的家庭网络使智能家居大打折扣,而和GPRS(General Packet Radio Service)网络和Internet互联,又使智能家居别样精彩。
    智能家居系统的组成如图1所示。智能家居是一个庞大的系统,主控模块是系统的控制中枢和通信中枢,家庭网络是系统的神经系统,传输系统信息流和控制流。家居中的设备众多,设备的接口各异,要实现各种设备的智能控制面对巨大挑战。针对目前智能家居系统功能单一、联网能力差的缺点,本设计采用分布式技术、总线技术和嵌入式技术构造了一个多功能、通信能力强的智能家居主控模块。


1 主控模块的功能和硬件设计
    嵌入式技术的发展,特别是嵌入式控制芯片在功耗、速度、集成度方面的持续发展,使用单片控制芯片完成整个系统的控制成为可能。主控模块从图2中可以看出要完成以下工作:和子系统的联网、GPRS通信功能、以太网通信功能、显示功能、监控软件等。其中GPRS通信和以太网通信逻辑上属于网络控制子系统,但是这两种功能是在主控模块上实现的,这样一方面提高了集成度和稳定性;另一方面充分利用了主控模块在硬件和软件上的资源。
    ARM芯片选用S3C2410,该芯片的很多特性很适合做智能家居的主控模块。内置的STN/CSTN/TFT LCD控制器和4线制电阻式触摸屏控制器简化液晶显示的电路设计;标准工作频率为203 MHz,运算能力强,功耗低,可满足主控模块的运算要求;外围接口丰富,为主控模块的联网功能提供良好的支持。GPRS模块选用支持AT命令集的西门子MC35I模块,它与主控模块通过串口进行通信;以太网芯片选用Realtek RTL8139以太网控制器;主控模块和子系统之间由CAN总线组网,主控模块上相应的有CAN通信电路;FLASH,SDRAM,EEPROM和SD卡都是信息存储介质,设计EEPROM来存储系统配置信息,配置64 MB NANDFLASH和64 MB SDRAM;语音电路输出提醒或警告声音等;信息包含时间信息才有意义,主控模块上时钟电路提供精确的时间;液晶屏可以直观地显示各种信息,有利于增强系统的亲和力,选用8.O英寸TFT液晶屏。

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