物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》</p><p>　　題 目： 智能家居電器產(chǎn)品設(shè)計(jì) </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級(jí)： 電信1141 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>&

3、lt;b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1智能家居及其發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)與智能家居2</p><p>　　1.3智能家居控制系統(tǒng)功能4</p><p>　　第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)6</p><p><b>　　2.1硬件部分6&l

4、t;/b></p><p><b>　　2.2軟件部分6</b></p><p>　　第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　3.2硬件總體設(shè)計(jì)框圖7</p><p><b>　　第四章系統(tǒng)測(cè)試9</b></p><p><b>　　4.1測(cè)試環(huán)境

5、9</b></p><p><b>　　第五章總結(jié)12</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，智能家居正逐步走進(jìn)人們的生活。一個(gè)典型的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)提供安防、家電控制、遠(yuǎn)程抄表和信息服務(wù)等功能。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了其中的智能家電控制系統(tǒng)

6、。討論了基于Windows CE 5.0嵌入式操作系統(tǒng)，以使用PXA270為控制核心的XSBase270嵌入式平臺(tái)為硬件基礎(chǔ)，以Visual Studio 2005和Platform Builder為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件程序，包括嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5.0的定制、應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)、程序開(kāi)發(fā)和單片機(jī)系統(tǒng)的底層編程，本設(shè)計(jì)融合了嵌入式系統(tǒng)、通訊、單片機(jī)、軟件開(kāi)發(fā)等

7、學(xué)科的知識(shí)。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本滿(mǎn)足要求，并有一定的功能擴(kuò)展空間</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1智能家居及其發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著電子技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用，人們?cè)絹?lái)越感受到電子產(chǎn)品為生活所帶來(lái)的各種便利，特別是在20世紀(jì)80年代，智能家居的出現(xiàn)更為人們享受生活提供了一個(gè)廣

8、闊的平臺(tái)。 </p><p>　　智能家居是一個(gè)系統(tǒng)，也是一個(gè)過(guò)程。它是利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，將與居家生活有關(guān)的各種設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理，讓居家生活更輕松。智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，而且不再是被動(dòng)的，是具有能動(dòng)性智能化的工具，提供全方位的信息交換功能，優(yōu)化我們的生活方式和居住環(huán)境你 ，幫助我們有效地安排時(shí)間，節(jié)約各種能源，提供優(yōu)質(zhì)、高效、舒適

9、、安全的生活空間?? </p><p>　　智能家居的原型最早起源于美國(guó)。時(shí)至今日，智能家居在美國(guó)已走過(guò)了將近30個(gè)年頭。目前，美國(guó)有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公頃，由約8000棟小別墅組成。此外，在歐美、日本、新加坡和韓國(guó)等地，智能家居也日漸興起。 </p><p>　　自動(dòng)化的家居不再是一幢被動(dòng)的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時(shí)間的工具，使家庭更為舒適、安全、高效和節(jié)能

10、。網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)可為您提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、電話(huà)遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。 </p><p>　　隨著家庭智能化在世界范圍內(nèi)的日漸普及，智能家居在上個(gè)世紀(jì)末悄然走進(jìn)了中國(guó)市場(chǎng)。 </p><p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)與智能家居</p><p>　　

11、智能家居，或稱(chēng)智能住宅，在英文中常用Smart Home。智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。智能家居不僅提供了全方位的信息交換功能，還優(yōu)化了人們的生活方

12、式和居住環(huán)境，幫助人們有效地安排時(shí)間、節(jié)約各種能源，實(shí)現(xiàn)了家電控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、計(jì)算機(jī)控制、定時(shí)控制以及電話(huà)遠(yuǎn)程遙控等功能。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS）（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著資源調(diào)

13、度及與硬件的交互作用。 我們可以通過(guò)各項(xiàng)比較發(fā)現(xiàn)，嵌入式比較有發(fā)展?jié)摿Α?</p><p>　　嵌入式的智能家居使系統(tǒng)的處理能力大大增強(qiáng)，可以帶來(lái)更加逼真的圖像以及更加真實(shí)的語(yǔ)音等。根據(jù)系統(tǒng)定制的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不僅可以最大限度的利用硬件資源而且還避免了過(guò)于龐大的系統(tǒng)造成的系統(tǒng)冗余。一般只有一顆主處理芯片，系統(tǒng)架構(gòu)更加清晰簡(jiǎn)捷。軟件采用分層設(shè)計(jì)，方便維護(hù)和升級(jí)，大大提高了代碼利用率，縮短開(kāi)發(fā)周期。因?yàn)榍度胧郊夹g(shù)是伴隨

14、著Internet而生的，所以它具有更加卓越的網(wǎng)絡(luò)性能，可以增加更多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，很顯然嵌入式類(lèi)智能家居產(chǎn)品在應(yīng)用方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，應(yīng)該是未來(lái)中國(guó)家庭智能化技術(shù)主流發(fā)展方向。 </p><p>　　隨著Internet向普通家庭生活不斷擴(kuò)展，消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通訊一體化趨勢(shì)日趨明顯，現(xiàn)代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特點(diǎn)在21世紀(jì)將成為現(xiàn)代社會(huì)和家庭的新時(shí)尚。當(dāng)家庭智能網(wǎng)關(guān)將家庭中各種各樣的家電通

15、過(guò)家庭總線(xiàn)技術(shù)連接在一起時(shí)，就構(gòu)成了功能強(qiáng)大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用，隨著成本的逐步降低，中國(guó)的智能家居最終將走向嵌入式。</p><p>　　圖1-1 智能家居控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　1.3智能家居控制系統(tǒng)功能</p><p>　　智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范二個(gè)方面。 </p&

16、gt;<p>　　家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過(guò)電話(huà)或Internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。 </p><p>　　(1)家用電器的監(jiān)視和控制，按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對(duì)熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。 </p><p>　　(2) 熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序，通

17、過(guò)傳感器對(duì)熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的用量進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、計(jì)量，并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。 </p><p>　　(3)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。 </p><p>　　(4)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，分別對(duì)各個(gè)房間照明設(shè)備的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)房間的照度。

18、</p><p>　　(5)窗簾的控制，按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，對(duì)窗簾的開(kāi)啟/關(guān)閉進(jìn)行控制。家庭安全防范主要包括多火災(zāi)報(bào)警、可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警、防盜報(bào)警、緊急求救、多防區(qū)的設(shè)置、訪(fǎng)客對(duì)講等。家庭控制器內(nèi)按等級(jí)預(yù)先設(shè)置若干個(gè)報(bào)警電話(huà)號(hào)碼(如家人單位電話(huà)號(hào)碼、手機(jī)電話(huà)號(hào)碼、尋呼機(jī)電話(huà)號(hào)碼和小區(qū)物業(yè)管理安全保衛(wèi)部門(mén)電話(huà)號(hào)碼等)，在有報(bào)警發(fā)生時(shí)，按等級(jí)的次序依次不停地?fù)芡ㄉ鲜鲭娫?huà)進(jìn)行報(bào)警(可報(bào)出家中是哪個(gè)系統(tǒng)報(bào)警了)。同時(shí)

19、，各種報(bào)警信號(hào)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳送至小區(qū)物業(yè)管理中心，并可與其它功能模塊實(shí)現(xiàn)可編程的聯(lián)動(dòng)(如可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警后，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y)。</p><p>　　第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)利用XSBase270嵌入式平臺(tái)，C8051F系列單片機(jī)、MAX232及各類(lèi)家居傳感器設(shè)計(jì)制作一款智能家居控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試和控制軟件的編寫(xiě)與調(diào)試。 <

20、;/p><p><b>　　2.1硬件部分</b></p><p>　　智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由以下幾大部分構(gòu)成，即控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、接口和電源部分。控制單元組成控制部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成報(bào)警等信號(hào)的處理和發(fā)送；電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。傳感器采用溫度傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器、光照傳感器，采用的型號(hào)分別為DS18B20、MQ-

21、2、BF350-3AA型電阻應(yīng)變片、On9658。本系統(tǒng)利用各種傳感器來(lái)探測(cè)、感受外界的信號(hào)，并通過(guò)已設(shè)定的程序來(lái)完成預(yù)定的動(dòng)作，并最終實(shí)現(xiàn)智能化。 </p><p><b>　　2.2軟件部分</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分及分析控制部分。數(shù)據(jù)采集部分是對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集，分析控制部分則是根據(jù)采集的信息進(jìn)

22、行分時(shí)操作有利于提高系統(tǒng)效率。其他軟件部分具體還包括Windows CE的定制，串口通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，家電控制板程序的編寫(xiě)。</p><p><b>　　第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.2硬件總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　根據(jù)上文的功能需要，設(shè)計(jì)出由ARM10為控制核心，單片機(jī)控制的家電控制模塊和傳感器報(bào)警模塊，并且包含G

23、SM通信模塊的智能家居系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　RS232-485轉(zhuǎn)換器主要包括了電源、232電平轉(zhuǎn)換、485電路三部分。本電路的232電平轉(zhuǎn)換電路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成電路，485電路采用了MAX485集成電路。為了使用方便，電源部分設(shè)計(jì)成無(wú)源方式，整個(gè)電路的供

24、電直接由PC機(jī)的RS232接口中的DTR（4腳）和RTS（7腳）提供。PC串口每根線(xiàn)可以提供大約9mA的電流，因此兩根線(xiàn)提供的電流足夠供給這個(gè)電路使用了。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，本電路只使用其中一條線(xiàn)也能夠正常工作。使用本電路需注意PC程序必須使串口的DTR和RTS輸出高電平，經(jīng)過(guò)D3穩(wěn)壓后得到VCC，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，VCC電壓大約在4.7V左右。因此，電路中要說(shuō)D3起的作用是穩(wěn)壓還不如說(shuō)是限壓功能。</p><p>　　MAX4

25、85是通過(guò)兩個(gè)引腳RE（2腳）和DE（3腳）來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng)RE為低電平時(shí)，MAX485數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng)DE為高電平時(shí)，MAX485數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中，通?？梢詫⑦@兩個(gè)腳直接相連，然后由PC或者單片機(jī)輸出的高低電平就可以讓MAX485在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。由于本電路DTR和RTS都用于了電路供電，因此使用TX線(xiàn)和HIN232的另外一個(gè)通道及Q1來(lái)控制MAX485的狀態(tài)切換。平時(shí)NIH232的9腳輸出高電平，經(jīng)Q

26、1倒相后，使MAX485的RE和DE為低電平而處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。當(dāng)PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，NIH232的9腳輸出低電平，經(jīng)Q1倒相后，使MAX485的RE和DE為高電平而處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。</p><p><b>　　第四章系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p><b>　　4.1測(cè)試環(huán)境</b></p><p>　　PC操作系統(tǒng)：M

27、icrosoft Windows XP Profesional SP2 </p><p>　　軟件開(kāi)發(fā)及測(cè)試平臺(tái)： Visual Studio 2005 + XSBase270+ ActiveSync4.5 嵌入式硬件平臺(tái)：XSBase270平臺(tái) </p><p>　　嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)：Microsoft Windows CE 5.0 </p><p><

28、b>　　5.2測(cè)試步驟 </b></p><p>　?。?）系統(tǒng)與PC的鏈接測(cè)試 </p><p>　　打開(kāi)電源按鈕，啟動(dòng)Windows CE。打開(kāi)Windows CE的控制面板，如圖4-1所示。新建基于“COM2”端口的網(wǎng)絡(luò)連接——“我的連接”。該連接采用115200的波特率，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)數(shù)據(jù)流控制，如圖4-2所示。并且在控制面板中的PC連接設(shè)置為“我的連

29、接”，如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-1 Windows CE 控制面板</p><p>　　圖4-2 “我的連接”的屬性</p><p>　　圖4-3 修改默認(rèn)的PC連接</p><p>　　將USB線(xiàn)插入位于XSBase270的擴(kuò)展板上的USB_SLAVE口，另一端連接到PC機(jī)上的USB口。稍后，PC上的ActiveSync

30、文件同步軟件即可自動(dòng)識(shí)別到XSBase270移動(dòng)設(shè)備。在PC端，建立好PC跟XSBase270移動(dòng)設(shè)備的合作關(guān)系。ActiveSync軟件上將顯示已同步字樣。如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4建立文件同步合作關(guān)系后的程序界面</p><p>　?。?）驗(yàn)證家電控制板的可用性 </p><p>　　使用標(biāo)準(zhǔn)串口線(xiàn)連接家電控制板與PC機(jī)。使用“串口調(diào)試助手”

31、軟件進(jìn)行對(duì)串口的讀寫(xiě)操作。往家電控制板輸入形如“0001”的字符串，觀察是否能啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的LED。同樣的，按對(duì)應(yīng)的“傳感器”按鈕，觀察PC機(jī)是否能收到正確的字符串。經(jīng)過(guò)測(cè)試，家電控制板能夠正常運(yùn)行。</p><p><b>　　第五章總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課設(shè)，讓我懂得了在求學(xué)求知的過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的重要性，只有這樣才能學(xué)有所成，有所收獲。學(xué)會(huì)了查尋資

32、料和設(shè)計(jì)方案的比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等各環(huán)節(jié)的掌握。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造了一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手﹑獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析﹑解決電子電路或虛擬技術(shù)問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)手能力。</p><p>　　我們須運(yùn)用多種渠道，去學(xué)習(xí)研究。并要很好的運(yùn)用計(jì)算機(jī)和一些軟件，只有這樣，我們才能更好地、精確地、快速地解決問(wèn)題

33、。還有就是提高了自主解決問(wèn)題的能力。最后，通過(guò)論文的書(shū)寫(xiě)核和題的解決使我自身各方面有了較大的提高。對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)有了更深一步的認(rèn)識(shí)和加強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點(diǎn)在以后的歲月里，更加孜孜不倦的努力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1].資料光盤(pán).XSBase270說(shuō)明書(shū). </p><p>　　[2].傅曦

34、，齊宇.《嵌入式系統(tǒng)Windows CE開(kāi)發(fā)技巧和實(shí)踐》.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004年. </p><p>　　[3].百度百科. http://baike.baidu.com/view/2116565.htm </p><p>　　[4].鮑小南.《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》.浙江大學(xué)出版社.2007年. [5].張冬全，譚南林，王雪海，焦鳳川.《Windows CE實(shí)用開(kāi)發(fā)技術(shù)》.