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基于ARM的智能家居設(shè)計(jì)論文
本系統(tǒng)采用嵌入式MCU(S3C2440)作為主控器件，用戶使用Web 瀏覽器， 通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問內(nèi)置Web 服務(wù)器的監(jiān)控?cái)z像機(jī)， 不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控， 而且可以向監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)送指令. 在整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中， 嵌入式Web 服務(wù)器起著十分重要的作用， 當(dāng)家庭智能網(wǎng)關(guān)將家庭中各種各樣的家電通過家庭總線技術(shù)連接在一起時(shí)，就構(gòu)成了功能強(qiáng)大、高度智能科技化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。
1 課題背景
由于通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。
2 系統(tǒng)總體方案
總體方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)類型。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。
本系統(tǒng)特點(diǎn)是體積小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳幾種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動(dòng)化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
S3C2440A是韓國三星公司推出的16/32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920T內(nèi)核。
特點(diǎn)：具有PLL時(shí)鐘發(fā)生器，主頻最高可達(dá)533M。內(nèi)核1.2V供電最高400M，1.3V供電最高533M。存儲(chǔ)器支持1.8V、 2.5V、3.0V、3.3V。I/O均支持3.3V供電。s3c2440為單機(jī)器周期執(zhí)行指令集。具有電源管理功能，可以使系統(tǒng)以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產(chǎn)品功耗。
GPRS模組介紹，GPRS模組采用SIM300通訊芯片(如圖 3.3)，利用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，模組內(nèi)具備TCP/IP協(xié)議棧，可以直接利用它實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。模組使用標(biāo)準(zhǔn)的UART串行通信接口(如圖3.4)與主芯片進(jìn)行通信，可以與任何帶有通用UART串行通信接口的控制器進(jìn)行連接。
GPRS模組使用標(biāo)準(zhǔn)串口與主控制器進(jìn)行通訊。模組帶有一個(gè)10針的接口，該接口可以直接和MCU相連接�；蛘哂脩艨梢酝ㄟ^模組上的RS232接口和PC機(jī)直接相連接使用。
GPRS模組需通過J4的電源開關(guān)信號(hào)(PWRKEY)輸入引腳向GPRS模組輸入，上電時(shí)序GPRS才能被啟動(dòng)，啟動(dòng)后GPRS的信號(hào)指示燈會(huì)閃爍。也可以手動(dòng)按下GPRS模組上的ON/OFF按鍵，大約2秒之后松開，GPRS模組亦可以被啟動(dòng)。
GPRS模組啟動(dòng)之后，即可通過UART接口發(fā)送AT指令來控制語音或數(shù)據(jù)收發(fā)。
電源電路設(shè)計(jì)，由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對(duì)且對(duì)5V 電源的要求比較高，其中TC35 模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A，故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35 和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中，采用了芯片s3c2440 完成從12V 到5V 的轉(zhuǎn)換，必須特別注意的是， s3c2440芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容，以提高儲(chǔ)能的能力，達(dá)到單元電路的耗電需求。s3c2440為5.0V3A 開關(guān)電源穩(wěn)壓器。
4 軟件linux操作系統(tǒng)介紹
Linux是 Unix 的一種，它控制整個(gè)系統(tǒng)基本服務(wù)的核心程序 (kernel) 是由 Linus 帶頭開發(fā)出來的，“Linux”這個(gè)名稱便是以“Linus's unix”來命名，Linus 選擇用“大眾公有版權(quán)” (GPL)的方式來發(fā)行這份程序，這個(gè)版權(quán)允許任何人以任何形式復(fù)制與散布 Linux 的原始程序，換句話說，Linux 實(shí)際上是“免費(fèi)的”，使用者在網(wǎng)絡(luò)上就可以抓到 Linux 的原始程序代碼，隨心所欲的復(fù)制與更改 Linux 的原始程序，在因特網(wǎng)的日漸盛行以及 Linux 開放自由的版權(quán)之下，吸引了無數(shù)計(jì)算機(jī)高手投入開發(fā)、改善 Linux 的核心程序，使得 Linux 的功能日見強(qiáng)大，所以今日我們可以在網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)下載 Linux 使用，或者花很少的一點(diǎn)費(fèi)用就可以取得 Linux 光盤，這都是因?yàn)?Linux 是 GPL 版權(quán)的緣故。
Boa服務(wù)器和普通Web 服務(wù)器一樣， 能夠完成接收客戶端請(qǐng)求、分析請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求、向客戶端返回請(qǐng)求結(jié)果等任務(wù)。
Boa服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求方法的不同， 做出不同的響應(yīng). 如果請(qǐng)求方法為HEAD， 則直接向?yàn)g覽器返回響應(yīng)首部; 如果請(qǐng)求方法為GET， 則在返回響應(yīng)首部的同時(shí)， 將客戶端請(qǐng)求的URL 目標(biāo)文件從服務(wù)器上讀出， 并且發(fā)送給客戶端瀏覽器; 如果請(qǐng)求方法為POST， 則將客戶發(fā)送過來的表單信息傳送給相應(yīng)的CGI 程序， 作為CGI 的參數(shù)來執(zhí)行CGI 程序， 并將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給客戶端瀏覽器。 Boa 的功能實(shí)現(xiàn)也是通過建立連接、綁定端口、進(jìn)行偵聽、請(qǐng)求處理等來實(shí)現(xiàn)的。
CGI是： “公共網(wǎng)關(guān)接口”(Common Gateway Interface)的簡稱，是HTTP服務(wù)器與其它程序進(jìn)行“交談”的一種工具，其程序須運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。
CGI是一段程序，它運(yùn)行在Server上，提供同客戶端 Html頁面的接口。
CGI的功能：
(1)通常情況下CGI程序被用來解釋處理來自表單的輸入信息，在服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的處理，并將相應(yīng)的信息反饋給瀏覽器。
(2)CGI程序使網(wǎng)頁具有交互功能。
CGI處理步驟：
通過Internet把用戶請(qǐng)求送到服務(wù)器。服務(wù)器接收用戶請(qǐng)求并交給CGI程序處理。CGI程序把處理結(jié)果傳送給服務(wù)器。服務(wù)器把結(jié)果送回到用戶。
CGI可以用任何一種語言編寫，只要這種語言具有標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出和環(huán)境變量。
5 結(jié)論
本控制詳細(xì)地闡述了遠(yuǎn)程控制原理、短消息發(fā)送的實(shí)現(xiàn)方法、以及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)中充分利用了系統(tǒng)的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。經(jīng)過設(shè)計(jì)方案論證，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件，進(jìn)行了單機(jī)調(diào)試和與PC 機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路和軟件能完成基本的測(cè)試功能。
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