物联网应用课程设计

《物联网应用课程设计》题目：智能家居电器产品设计专业：电子信息工程班级：电信1141姓名：张海玉学号：19指导老师：刘云秀范珩许艳惠王冬梅李悦目录第一章绪论......................................................11.1智能家居及其发展趋势.....................................11.2嵌入式系统与智能家居.....................................21.3智能家居控制系统功能.....................................4第二章系统设计主要任务..........................................62.1硬件部分.................................................62.2软件部分.................................................6第三章系统设计方案..............................................73.2硬件总体设计框图.........................................7第四章系统测试..................................................94.1测试环境.................................................9第五章总结.....................................................12绪论随着计算机技术，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、远程抄表和信息服务等功能。本文设计并实现了其中的智能家电控制系统。讨论了基于WindowsCE5.0嵌入式操作系统，以使用PXA270为控制核心的XSBase270嵌入式平台为硬件基础，以VisualStudio2005和PlatformBuilder为软件开发平台的智能家居系统的设计与实现。通过详细的系统设计过程，开发了相应的软件程序，包括嵌入式操作系统WindowsCE5.0的定制、应用程序的界面设计、程序开发和单片机系统的底层编程，本设计融合了嵌入式系统、通讯、单片机、软件开发等学科的知识。系统测试结果表明，该系统设计基本满足要求，并有一定的功能扩展空间物联网应用课程设计1第一章绪论1.1智能家居及其发展趋势随着电子技术在现实生活中的广泛应用，人们越来越感受到电子产品为生活所带来的各种便利，特别是在20世纪80年代，智能家居的出现更为人们享受生活提供了一个广阔的平台。智能家居是一个系统，也是一个过程。它是利用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合在一起，通过网络化的综合管理，让居家生活更轻松。智能家居不仅具有传统的居住功能，而且不再是被动的，是具有能动性智能化的工具，提供全方位的信息交换功能，优化我们的生活方式和居住环境你，帮助我们有效地安排时间，节约各种能源，提供优质、高效、舒适、安全的生活空间„„智能家居的原型最早起源于美国。时至今日，智能家居在美国已走过了将近30个年头。目前，美国有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公顷，由约8000栋小别墅组成。此外，在欧美、日本、新加坡和韩国等地，智能家居也日渐兴起。自动化的家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。网络化智能家居系统可为您提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。物联网应用课程设计2随着家庭智能化在世界范围内的日渐普及，智能家居在上个世纪末悄然走进了中国市场。1.2嵌入式系统与智能家居智能家居，或称智能住宅，在英文中常用SmartHome。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。智能家居不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着资源调度及与硬件的交互作用。我们可以通过各项比较发现，嵌入式比较有发展潜力。嵌入式的智能家居使系统的处理能力大大增强，可以带来更加逼真的图像以及更加真实的语音等。根据系统定制的实时操作系统不仅物联网应用课程设计3可以最大限度的利用硬件资源而且还避免了过于庞大的系统造成的系统冗余。一般只有一颗主处理芯片，系统架构更加清晰简捷。软件采用分层设计，方便维护和升级，大大提高了代码利用率，缩短开发周期。因为嵌入式技术是伴随着Internet而生的，所以它具有更加卓越的网络性能，可以增加更多的网络应用，很显然嵌入式类智能家居产品在应用方面具有相当的优势，应该是未来中国家庭智能化技术主流发展方向。随着Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，现代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。随着嵌入式技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。物联网应用课程设计4图1-1智能家居控制系统示意图1.3智能家居控制系统功能智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动控制、家庭安全防范二个方面。家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。(1)家用电器的监视和控制，按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。(3)空调机的监视、调节和控制，按照预先所设定的程序，根据时间、物联网应用课程设计5温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。(5)窗帘的控制，按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启/关闭进行控制。家庭安全防范主要包括多火灾报警、可燃气体泄漏报警、防盗报警、紧急求救、多防区的设置、访客对讲等。家庭控制器内按等级预先设置若干个报警电话号码(如家人单位电话号码、手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理安全保卫部门电话号码等)，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上述电话进行报警(可报出家中是哪个系统报警了)。同时，各种报警信号通过控制网络传送至小区物业管理中心，并可与其它功能模块实现可编程的联动(如可燃气体泄漏报警后，联动关闭燃气管道上的电磁阀)。物联网应用课程设计6第二章系统设计主要任务本设计利用XSBase270嵌入式平台，C8051F系列单片机、MAX232及各类家居传感器设计制作一款智能家居控制系统。系统设计包括：系统硬件的设计与调试和控制软件的编写与调试。2.1硬件部分智能家居控制系统其硬件部分主要由以下几大部分构成，即控制单元、传感器数据采集系统、接口和电源部分。控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统，完成报警等信号的处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。传感器采用温度传感器、烟雾传感器、压力传感器、光照传感器，采用的型号分别为DS18B20、MQ-2、BF350-3AA型电阻应变片、On9658。本系统利用各种传感器来探测、感受外界的信号，并通过已设定的程序来完成预定的动作，并最终实现智能化。2.2软件部分软件设计部分主要由以下几大部分构成：即数据采集与数据分析部分及分析控制部分。数据采集部分是对传感器的信号进行采集，分析控制部分则是根据采集的信息进行分时操作有利于提高系统效率。其他软件部分具体还包括WindowsCE的定制，串口通信协议的设计，家电控制板程序的编写。物联网应用课程设计7第三章系统设计方案3.2硬件总体设计框图根据上文的功能需要，设计出由ARM10为控制核心，单片机控制的家电控制模块和传感器报警模块，并且包含GSM通信模块的智能家居系统，硬件结构框图如图3-1所示。图3-1RS232-485转换器主要包括了电源、232电平转换、485电路三部分。本电路的232电平转换电路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成电路，485电路采用了MAX485集成电路。为了使用方便，电源部分设计成无源方式，整个电路的供电直接由PC机的RS232接口中的DTR（4脚）和RTS（7脚）提供。PC串口每根线可以提供大约9mA的电流，因此两根线提供的电流足够供给这个电路使用了。经物联网应用课程设计8实验，本电路只使用其中一条线也能够正常工作。使用本电路需注意PC程序必须使串口的DTR和RTS输出高电平，经过D3稳压后得到VCC，经过实际测试，VCC电压大约在4.7V左右。因此，电路中要说D3起的作用是稳压还不如说是限压功能。MAX485是通过两个引脚RE（2脚）和DE（3脚）来控制数据的输入和输出。当RE为低电平时，MAX485数据输入有效；当DE为高电平时，MAX485数据输出有效。在半双工使用中，通常可以将这两个脚直接相连，然后由PC或者单片机输出的高低电平就可以让MAX485在接收和发送状态之间转换了。由于本电路DTR和RTS都用于了电路供电，因此使用TX线和HIN232的另外一个通道及Q1来控制MAX485的状态切换。平时NIH232的9脚输出高电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为低电平而处于数据接收状态。当PC机发送数据时，NIH232的9脚输出低电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为高电平而处于数据发送状态。物联网应用课程设计9第四章系统测试4.1测试环境PC操作系统：MicrosoftWindowsXPProfesionalSP2软件开发及测试平台：VisualStudio2005+XSBase270+ActiveSync4.5嵌入式硬件平台：XSBase270平台嵌入式操作系统平台：MicrosoftWindowsCE5.05.2测试步骤（1）系统与PC的链接测试打开电源按钮，启动WindowsCE。打开WindowsCE的控制面板，如图4-1所示。新建基于“COM2”端口的网络连接——“我的连接”。该连接采用115200的波特率，数据位8位，停止位1位，无数据流控制，如图4-2所示。并且在控制面板中的PC连接设置为“我的连接”，如图4-3所示。图4-1WindowsCE控制面板物联网应用课程设计10图4-2“我的连接”的属性图4-3修改默认的PC连接将USB线插入位于XSBase270的扩展板上的USB_SLAVE口，另一端连接到PC机上的USB口。稍后，PC上的ActiveSync文件同步软件即可自动识别到XSBase270移动设备。在PC端，建立好