模型的智能家居电源控制系统硕士学位.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流模型的智能家居电源控制系统硕士学位.精品文档.硕士毕业论文基于C/S模型的智能家居网络控制系统摘要几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念,住宅智能化是智能家居的先导,智能家居是住宅智能化的核心。智能家居是利用计算机、通讯与网络、自动控制、IC卡技术,通过有效的传输网络,将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成,为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务与管理,提供安全舒适的家居环境”。 随着计算机技术,通信技术和嵌入式系统的发展,智能家居正逐步走进人们的生活。一个典型的现代智能家居系
2、统提供安防、家电控制、远程抄表和信息服务等功能。低功率和高性能CPU的发展,为开发智能家居提供了现实可能性。其内部构成包括嵌入式处理器、相关支持硬件、嵌入式操作系统以及应用层的软件包等。针对智能家居需求,本文设计并实现了智能家居中的控制系统。采用计算机网络控制方式,结合了基于ARM的嵌入式系统、单片机系统、计算机网络、WIN32编程等技术,实现了对开关型家电的控制。本文的智能家居控制系统设计方案是:以Philips LPC2103实验板为硬件平台,建立了嵌入式系统开发环境,移植了uc/os内核;开发的应用软件分为单片机子系统、PC客户端和PC服务端三个模块。最终完成相关软硬件设计、调试,经测试
3、,完全实现预期功能。最后提出系统改进的方案和措施。在硬件方面着手于Philips LPC2103芯片的数据手册,通过对其针脚的定义,进行相关电路的设计,实现了单片机串口的通讯、电脑数据的接收和处理、继电器电路的开关和复位电路的实现。在软件方面,在Delphi 2007中实现了PC服务端和客户端的数据收发和处理,并使服务端在接收到特定字符后发送相应的指令到串口。基于LPC 2103的智能家居远程控制系统提供了一种对家庭普通家用电器进行远程控制的新思路,是嵌入式的一项有效的尝试和应用。关键词:LPC 2103,Indy 10,智能家居,远程控制Abstract A few years ago a
4、number of economically developed countries put forward the smart house concept; domestic intelligence is a leader in smart home, intelligent home, the domestic intelligence core. Smart Home is the use of computer, communications and networks, self-control, IC card technology, through an effective tr
5、ansport network, multi-information services and management, property management and security, home intelligent system integration for the residential district of high-tech services and management intelligent tools in order to achieve fast and efficient value for money services and management, provid
6、ing a safe and comfortable home environment. With computer technology, communication technology and embedded system development, intelligent home is getting into peoples lives. A typical modern smart home security systems, home appliance control, remote meter reading and information services functio
7、ns. Low-power and high-performance CPU development, for the development of intelligent home offers a real possibility. Its internal composition, including embedded processors, related support hardware, embedded operating system and application layer software packages and so on. In response to this p
8、henomenon, this paper designed and implemented one of the intelligent home control system. Control method using a computer network, combined with ARM-based embedded system, microcontroller systems, computer networks, WIN32 programming techniques to realize the switching-type appliance control. This
9、article system through a combination of software and hardware in order to experiment board for the Philips 2103 hardware platform, the establishment of the embedded system development environment, transplantation of uc / os-core; developed application software, is divided into microcontroller subsys
10、tem, PC client and PC server-side three modules. Finalization of the relevant hardware and software design, debug, tested, fully achieve the desired functionality. Concludes with system improvements, programs and measures. On the hardware side to precede on the Philips LPC2103 datasheet, through its
11、 pin definition of the related circuit design, implementation of the microcontroller serial port communication, computer data reception and processing circuit relay switch and reset circuit implementation. On the software side, in the Delphi 2007 to achieve a PC server and client for data transmissi
12、on and processing, to enable the service to a specific character on the receiving end, after sending the appropriate commands to the serial port. LPC 2103-based Remote Control System for Smart Home provides a family for common household appliances for remote control of new ideas is an effective atte
13、mpt to embed and applications. Key Words: LPC 2103, Indy 10, smart homes, remote control 目录摘要iAbstractii图目录III表目录1第1章 绪论11.1 课题背景11.2 本文研究的内容11.3 项目软硬件分析11.3.1 硬件分析21.3.2 软件分析21.4 本文组织结构21.5 本章小结2第2章 系统设计方案42.1 设计流程42.2 硬件设计方案52.3 软件设计方案62.4 单片机软件的设计62.5 拟解决的关键问题62.6 本章小结7第3章 硬件系统的设计83.1 CPU电路设计93.2
14、 继电器电路设计143.3 串行接口设计153.4 电源电路设计163.5 复位电路设计173.6 本章小结17第4章 软件系统的设计194.1 软件功能分析194.2 软件设计流程194.3 PC端远程控制软件194.4 PC机服务端接收软件224.5 本章小结26第5章 单片机软件设计275.1 单片机软件功能分析275.2软件设计流程285.3 单片机指令接收与处理295.4 本章小结34第6章 测试366.1 测试方案的设计366.2 测试流程设计366.2.1 硬件测试366.2.2 软件设计合理性测试376.2.3 系统设计的合理性测试396.3 本章小结39第7章 总结40图目录
15、图 1.1 项目设计方案2图 2.1 智能家居系统的总体结构4图 2.2 系统整体设计流程5图 2.3 硬件电路设计6图 2.4 软件设计方案6图 3.1 中央处理器及各针脚定义9图 3.2 继电器电路设计14图 3.3 串口RS232电路设计15图 3.4 电源电路设计16图 3.5 复位电路设计17图 4.1 软件功能模块图19图 4.2 Delphi2007中的Indy 10插件19图 4.3 PC机客户端操作界面20图 4.4 服务端PC数据接收、处理过程23图 4.5 PC机服务端接收界面24图 5.1 单片机数据接收、处理流程28图 6.1 硬件测试模块37表目录表3.1 CPU各
16、针脚定义10第1章 绪论1.1 课题背景目前,一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念,住宅智能化是智能家居先导,智能家居是住宅智能化的核心。最近国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念,即:“住宅小区智能化是利用4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术1,通过有效的传输网络,将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成,为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务与管理,提供安全舒适的家居环境”。 随着计算机技术,通信技术和嵌入式系统的发展,智能家居正逐步走进人们的生活。一个典型的现代智能家居系统提供安防、家电控制、远程
17、抄表和信息服务等功能。2低功率和高性能CPU的发展,为开发智能家居提供了现实可能性。其内部构成包括嵌入式处理器、相关支持硬件、嵌入式操作系统以及应用层的软件包等。国内的数码屋,在这方面走得比较领先,可以实现6项基本功能,包括家庭安全防范、照明系统控制、环境控制、家电控制、智能化控制、多种途径控制,可以通过手机短信或GPRS3功能实验对家用电器的远程控制,智能家居以嵌入式系统的形式走入了我们的生活。根据国内的智能家居的发展趋势,完成本课题的研究。1.2 本文研究的内容本文设计并实现了其中的智能家电控制系统。采用计算机网络控制方式,结合了基于ARM的嵌入式系统、单片机系统、计算机网络、WIN32编
18、程等技术,实现了对开关型家电的控制。系统以Philips 2103实验板为硬件平台,建立了嵌入式系统开发环境,移植了uc/os内核;开发了应用软件,分为、单片机子系统、PC客户端和PC服务端三个模块。最终完成相关软硬件设计、调试,经测试,完全实现预期功能。最后提出系统改进的方案和措施。41.3 项目软硬件分析本文通过客户端PC与服务端PC进行通讯,通过客户端PC发送指令,经过服务端PC的接收与处理,再用串口发送给单片机,单片机接收到指令进行相应的操作,如断电操作等。针对智能家居,总结出一个简单易操作的智能家居模型,即把家庭里的一系列设备通过中央电脑来分别控制,比如电源的开关,而中央电脑又可以通
19、过远程计算机发送指令进行相应的操作,设计方案如图1.2所示,采用C/S模型。图1.2的C/S模型中5,中央电脑通过容易实现的串口与单片机进行通讯,单片机接收到指令后进行电路的开关操作。图 1.1项目设计方案1.3.1 硬件分析硬件主要由服务端PC、客户端PC和Philips2103实验板构成。选用LPC2103是因为LPC2103是基于一个支持实时仿真的ARM7TDMI-S CPU,并带有8kB和32kB嵌入的高速Flash存储器。由于 LPC2103 非常小的尺寸和极低的功耗,它们非常适合于那些将小型化作为主要要求的应用,多个UART、SPI 到SSP和2 个I2C 总线组成的混合串行通信接
20、口和片内2kB/4kB/8kB的SRAM一起作用,可使得LPC2103 非常适合用来实现通信网关和协议转换器、数学协处理器以及足够大空间的缓冲区的强大处理功能。61.3.2 软件分析PC端软件设计分为客户端PC软件和服务端PC软件两个模块,客户端PC发送指令,服务端PC接收指令并发送相应的开与关指令给单片机。1.4 本文组织结构本文首先介绍总体的系统设计方案,然后分硬件系统的设计、软件系统的设计和单片机软件的设计这三个方面来具体说明。最后,对整个系统进行测试,并归纳总结全文。1.5 本章小结本章简要地阐述了本论文的课题背景,包括国内外智能家居应用于生活的发展程度和趋势、智能家居影响生活的应用,
21、提出本论文的写作目的和构成本论文提出的基于C/S模型的智能家居远程控制系统的三个组成部分。第2章 系统设计方案智能家居系统总体结构如图2.1所示,其中LPC2103 基于一个支持实时仿真的ARM7TDMI-S CPU,并带有8kB 和32kB嵌入的高速Flash 存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。这可以使得中断服务程序和DSP 算法中重要功能的性能较Thumb模式提高30%。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小7。由于 LPC2103 非常小的尺寸和极低的功耗,它们非常适合于那些
22、将小型化作为主要要求的应用,多个UART、SPI 到SSP 和2 个I2C 总线组成的混合串行通信接口和片内2kB/4kB/8kB 的SRAM 一起作用,可使得LPC2103 非常适合用来实现通信网关和协议转换器、数学协处理器以及足够大空间的缓冲区的强大处理功能。而多个32 位和16 位的定时器、一个经改良后的10 位ADC、PWM 特性(通过所有定时器上的一个输出匹配来实现)和32 个快速GPIO(含有多达9 个边沿或电平有效的外部中断管脚)使它们特别适用于工业控制和医疗系统。图 2.1智能家居系统的总体结构2.1 设计流程系统整体设计流程如图2.2所示,由硬件电路设计、PC端程序设计、单片
23、机程序设计和测试四个部分组成。其中,硬件电路设计分为CPU电路设计、继电器设计、串口设计、电源电路设计和复位电路五个部分构成;PC端程序设计由客户端PC程序和服务端PC程序构成;最后进行系统的整体测试。图2.2 系统整体设计流程2.2 硬件设计方案硬件系统主要由Philips 2103实验板、PC电脑2台、串口数据线和用电器构成。Philips 2103实验板的硬件电路设计如图2.4所示,由CPU电路设计、继电器设计、串口设计、电源电路设计和复位电路设计五部分构成。图 2.3 硬件电路设计2.3 软件设计方案如图2.4所示,软件设计方案主要由客户端PC软件和服务端PC软件两个部分构成。图 2.
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