dsp課程設(shè)計--家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　0 開發(fā)目的</b></p><p>　　(1) 學(xué)習(xí)溫濕度傳感器、直流有刷電機、RS485通信應(yīng)用、WIFI模塊的通信實現(xiàn)；</p><p>　　(2) 學(xué)習(xí)多模塊協(xié)調(diào)工作的編程思想；(3) 熟悉掌握TMS320F28027硬件電路及工作原理。</p>

2、<p><b>　　1 背景和意義</b></p><p>　　隨著Internet 技術(shù)的發(fā)展，家用電器、計算機和通訊一體化技術(shù)也逐步走進普通家庭。現(xiàn)代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特點，將成為現(xiàn)代社會和家庭的新時尚。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，就構(gòu)成了功能強大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。當(dāng)下智能家居行業(yè)剛剛起步，建設(shè)成本

3、高，發(fā)展不完善。因此本文提出了使用低成本器件和多源控制技術(shù)來實現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控。基于容易實現(xiàn)，方便操作，貼近使用的設(shè)計理念，以DSPF28027單片機為控制核心，采用包括上位機、手機應(yīng)用程序、Web界面等在內(nèi)的多個控制源，進行遠(yuǎn)距離、多角度的家庭實時控制。TMS320F28027是TI公司推出的一款32位定點型DSP，可應(yīng)用于一些高分辨率、高效率的場合。它內(nèi)部嵌入了2kB OTP ROM、256kB FLASH和100kB RAM，

4、使用簡單方便，成本平易，性價比高。TMS320F28027采用3.3V單電源供電，內(nèi)部集成1.8V的LDO內(nèi)核供電，模擬集成度高，性能穩(wěn)定；采用上電復(fù)位電路外接阻容即可工作；內(nèi)部集成1%精度的振蕩器，不需外接晶振，節(jié)省成本；工作主頻達60M</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本設(shè)計以DSPF28027芯片為控制核心，以溫度、濕度等傳

5、感器為環(huán)境信息采集源，以Web控制為輔助，共同組成家庭遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)。在原有的機械式按鍵開關(guān)的基礎(chǔ)上，采用PC上位機、Web網(wǎng)頁和手機APP，來控制家庭開關(guān)設(shè)備（如風(fēng)機，加濕器，空調(diào)，電燈等），實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對家庭進行實時控制。傳感器包括溫濕度傳感器等，采用多種傳感器相結(jié)合，智能根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進行自動化控制，例如，根據(jù)家庭溫、濕度設(shè)定值自動開啟和關(guān)閉空調(diào)。</p><p><b>　　圖1

6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 LED電路</p><p>　　LED驅(qū)動電路原理圖如圖2所示，驅(qū)動模塊為DRV8833，采用PWM調(diào)節(jié)方式來驅(qū)動LED使得驅(qū)動電路更簡單，降低了制造成本，并可以獲得較精確的亮度步進調(diào)節(jié)。</p><p&g

7、t;　　圖2 LED電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2 直流有刷電機電路設(shè)計</p><p>　　3.2.1 Motor模塊</p><p>　　本模塊主要有電機驅(qū)動芯片DRV8833 組成，借助正確的PCB組成，借助正確的組成，借助正確的PCB設(shè)計，DRV8833 的每個 H橋能夠連續(xù)提供高達 1.5 -A RMS（或 DC ） 的驅(qū)動電流（在 25

8、℃ 和 采用一個 5V VM 電源時）。每個 H 橋可支持高達2A 的峰值電流。器件具有兩個H 橋驅(qū)動器，并能夠驅(qū)動兩個直流(DC) 電刷電機、一個雙極性步進電機、螺線管或其他電感性負(fù)載。</p><p>　　圖3 DRV8833應(yīng)用電路</p><p>　　3.2.2 PWM模塊</p><p>　　28027ePWM模塊有 8路 PWM輸出，4路HRPWM。每

9、個增強型 PWM模塊主要有一下特點：</p><p>　　·16 位的用來控制周期和頻率時基計數(shù)器</p><p>　　·兩路 PWM輸出 (EPWMxA and EPWMxB)</p><p><b>　　·可編程的相位控制</b></p><p>　　·基于CBC的硬件鎖相&l

10、t;/p><p>　　·獨立的上升沿下降延時死區(qū)</p><p><b>　　·可編程的觸發(fā)區(qū)</b></p><p>　　圖4 電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.3 485模塊總線通訊應(yīng)用實驗，在實現(xiàn)485物理通訊的條件下，應(yīng)用MODBUS協(xié)議部分功能進行通訊。</p>&

11、lt;p>　　圖5 RS485芯片接線圖</p><p>　　本程序在RS485 總線的物理通訊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)簡單的MODBUS 協(xié)議。對主</p><p>　　機發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析解讀，并實現(xiàn)對應(yīng)功能。通過對SCI 的初始化，并通過</p><p>　　MODBUS部分功能的通信協(xié)議來進行訊，實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)功能。</p><p>　　3

12、.4 溫濕度模塊DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳</p><p>　　感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高</p><p>　　的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測</p><p>　　溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快<

13、/p><p>　　響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的</p><p>　　濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)</p><p>　　部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集</p><p>　　成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可

14、達20米以上，使</p><p>　　其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。</p><p>　　圖6 典型應(yīng)用電路圖</p><p>　　3.5 485組網(wǎng)及通信</p><p>　　RS-485多機通信的組網(wǎng)方式：總線式、菊花鏈?zhǔn)?、星形、單環(huán)冗余型。根據(jù)現(xiàn)場的串口設(shè)備的位置分布或者可靠性要求選擇總線式結(jié)構(gòu)。</p>

15、<p>　　本設(shè)計中采用典型的RS-485總線式通信方式：所有RS-485節(jié)點全部掛在一對RS-485總線上。結(jié)構(gòu)圖如下;</p><p>　　圖7 RS-485組網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本程序在RS485 總線的物理通訊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)簡單的MODBUS 協(xié)議。對主</p><p>　　機發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析解讀，并實現(xiàn)對應(yīng)功能。通過對SCI

16、的初始化，并通過</p><p>　　MODBUS部分功能的通信協(xié)議來進行訊，實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　該模式下從機DSP為對等結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要DSP之間可以相互通信，該模式下我們實現(xiàn)了上位機及微信控制電機轉(zhuǎn)速，LED亮度，風(fēng)扇的控制，以及溫濕度的顯示；</p><p>　　3.6 WIFI模式組網(wǎng)</p><p>　　WIFI模塊

17、采用樂鑫科技ESP8266，該模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ESP8266模塊擁有3中模式：AP，STA，AP/STA;本設(shè)計中采用第三種AP/STA模式；Wifi功能AT指令一覽表，如表1；</p><p><b&g

18、t;　　表1</b></p><p><b>　　啟動步驟：</b></p><p>　　首先設(shè)置WIFI應(yīng)用模式：AT+CWMODE=3，AP兼Station模式；</p><p>　　讓模塊連上實驗室的路由器 ； 發(fā)送：AT+CWJAP="Lab303_2","lWSNWNN" <

19、;/p><p>　　讓模塊連上遠(yuǎn)程服務(wù)器: 發(fā)送：AT+CIPSTART="TCP","192.168.3.245",5000成功連接后服務(wù)器可以直接返回數(shù)據(jù)結(jié)果如下</p><p>　　通過遠(yuǎn)程終端發(fā)送相應(yīng)指令，DSP接收到對應(yīng)的指令實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控制，實現(xiàn)了手機/電腦終端通過WIFI控制LED，電機的調(diào)速，及風(fēng)扇的控制。</p>

20、;<p>　　4 上位機及微信平臺設(shè)計</p><p>　　4.1 微信控制原理</p><p>　　圖8 微信控制原理結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　關(guān)注訂閱號，發(fā)送指定指令，即可控制DSP</p><p>　　4.2 微信控制簡單指令說明</p><p><b>　　表2</b>&l

21、t;/p><p>　　4.3 PC上位機設(shè)計</p><p><b>　　4.3.1登錄界面</b></p><p><b>　　圖9 用戶登陸界面</b></p><p><b>　　4.3.2監(jiān)控界面</b></p><p>　　圖10 PC機監(jiān)視及

22、控制界面</p><p>　　4.4 網(wǎng)站服務(wù)器設(shè)計</p><p>　　網(wǎng)址http://www.cpt725.xyz/，該服務(wù)器負(fù)責(zé)微信端，手機端的數(shù)據(jù)信息；</p><p>　　圖11 網(wǎng)站服務(wù)器登錄及注冊界面</p><p>　　4.5 手機終端設(shè)計</p><p>　　手機端包括用戶登錄、注冊、控制及顯

23、示。</p><p>　　圖12 手機登陸界面</p><p>　　圖13 手機控制及顯示界面</p><p><b>　　5系統(tǒng)軟硬件測試</b></p><p>　?。?）485組網(wǎng)模式下實物及測試結(jié)果：</p><p><b>　　圖14 實物接線圖</b></

24、p><p>　　指令與對應(yīng)功能（以0號DSP為例說明）詳見下表3；指令說明：發(fā)送指令為兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為DSP地址編號，第二個字節(jié)功能指令；</p><p>　　返回指令為五個字節(jié)，依次為，返回標(biāo)志符、DSP編號、濕度，溫度。</p><p><b>　　表3</b></p><p>　　圖15 串口終端控制界面<

25、;/p><p>　?。?）WIFI組網(wǎng)模式下測試結(jié)果：</p><p>　　本模塊設(shè)計以PC機、手機及移動設(shè)備終端為服務(wù)器終端，WIFI模塊為移動終端，當(dāng)服務(wù)器端啟動之后，通過串口發(fā)送指令使WiFi模塊連接終端，連接成功后，通過手機終端可以發(fā)送指令控制DSP；實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制的目的。</p><p>　　圖16 安卓客戶端控制界面</p><p>

26、;<b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　個人感覺，目前的上課方式比較好，課堂氣氛活躍，平時同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性也加強了，有緊迫感，能主動地去學(xué)東西。</p><p>　　本設(shè)計不足之處是WIFI模塊使用還不熟悉，不能修改模塊固件代碼，以實現(xiàn)模塊自動連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，還有目前手機客戶端軟件不能靈活應(yīng)用，使用的是廠家自帶軟件；接下來我們將繼續(xù)完善終端軟件的

27、設(shè)計。</p><p>　　通過本項目的設(shè)計我們熟悉了TMS320F28027微控器的工作原理及其硬件電路以及對各種功能組件有了一定的了解。同時也熟悉了DSP的基本編程方法。為以后自己動手實現(xiàn)一些小作品打下了良好的基礎(chǔ)。在項目的實施過程中，也時常會遇到一些棘手的人困難，但是通過自己查閱書籍、向同學(xué)請請教討論，攻克了一個個的難題，最終完成了本次課程設(shè)計。在過程中，我們執(zhí)行的是需要什么就去學(xué)什么的理念，使學(xué)習(xí)變得有針