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基于嵌入式Web服务器的智能家居主控制系统

作者:时间:2009-07-30来源:网络收藏

引言
随着信息技术的发展,以PC为代表的计算机网络技术发展到一个更高阶段,以智能设备为核心的后PC时代已经来临。ARM处理器以其性能高、成本低和功耗低的特点,广泛应用于控制、消费,教育类多媒体、DSP和移动式应用等领域。随着生活质量的提高,人们对家庭智能化的需求越来越高。智能化正体现在人们生活的各个方面。其中家居的智能化正成为人们生活中追求的热点,而这里提出的系统正好满足这一需求。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/152404.htm


2 硬件设计
系统设计需求是PC机遵循802.3和HPPTD等网络协议,通过网络访问主控制器的,登录主控制器,通过电力线构成的家庭小型局域网络或串口,发送指令给从控制器进而控制家电,同时利用监控家电的传感器将家电状态返回至PC,如图1所示。该系统设计要求主控制器功耗低,占用空间小,可进行可视化操作。

2.1 控制器选择
DSP数学信号处理器具有强大数据处理能力和高运行速度,但在音频、USB、SD卡等接口功能扩展较弱。而单片机系列的ARM920T具有5级指令流水线.处理速度为1.1 MHz,内置MMU(Memory Management Unit)、独立的16 KB数据Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA(Advanced Microcon-troller Bus Architecture)总线接口等功能。DSP和一般8位单片机相比,它具有更全面的通用功能,具有60个中断控制器,支持实时时钟(RTC)、LCD控制器接口、串口接口、网卡接口等功能,还具有16/32位RISC体系结构和ARM指令集。因此该系统采用ARM公司的ARM920T作为主控制器。
从控制器选用MSP430单片机,与89S51单片机相比,它具有RISC(精简指令集),功耗低,支持16位内部总线,引入Flash型存储器和JTAG技术,编程开发非常方便。这里主要讲述主
2.2 网卡接口设计
该系统需要通过互联网或电力线进行网络通信,而设计也必须通过网络收发数据,要求数据处理速度快。根据这些要求,该系统采用DAVICOM公司的DM9000AEP作为网卡的设计器件。该器件具有10 Mbit/s和100 Mbit/s的自动切换功能,支持802.3x全双工控制流标准,具有16 K字节的双字SRAM,可以减轻CPU的负担,因此使系统更稳定,处理和传输数据速度更快。
RJ-45采用HanRun公司的可对信号滤波的HR911105A接口,这样可节约印刷板,并有效地减小电磁干扰。ARM920T与网卡DM9000AEP接口设计如图2所示。图中16根数据线相连;命令选择引脚CMD,为高电平时,选择数据端口,CMD为低电平时,选择地址通道;IOR#为读信号引脚;IOW#为写信号引脚;CS#片选信号与ARM920T的片选信号线nGCS3相连。

2.3 串口接口设计
系统需要串口控制家电信息,并进行相应通信,而且调试系统同样需要串口。为满足要求,该系统采用Sipex的窄体SP3232串行通信器件。该器件支持满载120 Kb/s的最小传输速率,可在中断或DMA两种模式下工作,每个通道包含64 K字节的发送FIFO和接收FIFO。该器件最大特点就是采用电荷泵技术:由4只外接电容组成,采用4相电压转换技术,保持输出对称的5.5 V电压。即使输入电压VCC在3.0~5.5 V范围内,电荷泵仍可提供5.5 V稳定电压,这样可以保证系统稳定工作。有益于智能家居系统整体的良好运行。串口接口设计如图3所示。图3中TXD表示接收数据,RXD表示发送数据,RTS表示请求发送,CTS表示清除发送。当RTS请求发送数据时,需经CTS信号检测,只有CTS信号允许才能发送数据。

2.4 存储器设计
完整操作系统的启动离不开引导程序。采用SAMSUNG公司64 MB的K9F1208作为NAND Flash,具有4 KB的内部缓冲区可作为引导肩动,系统启动后NAND Flash仍可作为外部存储器继续使用。Windows CE5.O引导加载程序(BootLoader)由NANDFlash的地址0x00000000处开始执行。完成硬件初始化,建立系统的内存空间映射图,最终BootLoader把操作系统内核映像加载到RAM中;采用HY公司的两片HY57V561620CTP作为SDRAM,通过nGCS6连接到ARM920T引脚,起始地址为0x30038000.同时SDRAM还支持自动更新和掉电模式,保证系统稳定工作。
2.5 智能家居系统结构
主控制器还包括触摸屏接口。触摸屏采用带有驱动电路的日立7寸屏,用于用户可视化操作。
传感器信号线与ARM920T的中断引脚EINT8相连。当传感器信号到来时,通过中断引脚向ARM920T申请中断服务程序,并通过网络向用户报警。系统框图如图4所示。

3 软件设计
3.1 内核创建及裁剪
Windows CE是一个开放的、可裁减的、32位的实时嵌入式窗口操作系统。因此要实现Web Server功能必须对内核裁剪。除了实现基本的WINCE 5.0功能外,还需要在定制内核时在Platform内添加DM9000网卡驱动,串口驱动,USB驱动,MFC,SDK(标准工具集)、HTFPD和SOAP协议等系统必备驱动和协议。Windows CE上Web Server的通信协议是HTTP协议,HTTP的消息机制是请求一应答模式。

linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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