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1、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案擬制: 韓 越 學(xué)號(hào):0507050215日期:2008-12-14西安科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)目錄一概述31.1前言31.2智能家居系統(tǒng)的主要功能31.3我國(guó)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀3二方案概述42.1.范圍42.2設(shè)計(jì)依據(jù)42.2.1智能家居系統(tǒng)模型42.2.2 gprs技術(shù)52.2.3 zigbee技術(shù)52.3術(shù)語(yǔ)、定義6三系統(tǒng)原理63.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)63.2系統(tǒng)工作流程7四硬件總體84.1 信息處理終端硬件總體84.1.1 s3c2410主要特性94.1.2 am29lv160db主要特性124.1.3 28f128j主要特性144.1.4 hy57v561620主要特性154
2、.1.5 mc13192主要性能154.1.6 ptr4000無(wú)線傳輸模塊特性154.1.6.1 ptr4000無(wú)線傳輸模塊的基本電氣特性:164.1.6.2模塊引腳功能164.1.6.3硬件接口174.1.6.4 編程配置接口174.1.6.5 ptr4000的配置184.1.7報(bào)警輸出電路194.2監(jiān)控終端硬件總體204.2.1 s3c44b0x主要特性204.2.2數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端214.2.2.1 sn75lbc184技術(shù)參數(shù)224.2.2.2 ad573主要性能224.2.3 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)234.2.4 電機(jī)控制監(jiān)控終端244.2.4.1 tlv5615d/a主要特性244.3
3、 智能遙控器硬件總體244.3.1 點(diǎn)陣led顯示254.3.1.1點(diǎn)陣顯示屏部分254.3.1.2 顯示屏控制部分264.4 冗余設(shè)計(jì)274.4.1系統(tǒng)總體冗余設(shè)計(jì)274.4.2安全監(jiān)控部分冗余設(shè)計(jì)28五軟件總體285.1系統(tǒng)軟件構(gòu)成及平臺(tái)285.2系統(tǒng)軟件主流程圖28六結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)296.1結(jié)構(gòu)29七參考文獻(xiàn)30一概述1.1前言智能家居系統(tǒng)是信息時(shí)代帶給人們的一個(gè)高科技產(chǎn)物它涉及到對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的智能器具、設(shè)備和系統(tǒng)的操作和管理,以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通汛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用。它們的最終目的都是為滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求。1.2智能家居系統(tǒng)的主要功能智能家居系統(tǒng)通
4、過(guò)其核心設(shè)備一一家庭智能終端來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)化的功能。具體功能如下:1,網(wǎng)上服務(wù):網(wǎng)上購(gòu)物、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。2,自動(dòng)抄表:無(wú)須人工人戶杏表記錄,電表、冷水表、熱水表、煤氣等等計(jì)量表的自動(dòng)傳送3可視對(duì)講:住戶與訪客、訪客與物業(yè)中心、住戶與物業(yè)中心均可進(jìn)行可視或語(yǔ)音對(duì)話從而保證了對(duì)外來(lái)人員進(jìn)入的控制4供電管理:為所有的燈光電器提供一個(gè)有效的控制手段,您町以在任何地方,任何時(shí)候控制您的燈光電器例如在傘家出外旅行時(shí)亦可通過(guò)電話遙控您的家居。5照明控制系統(tǒng):對(duì)燈光進(jìn)行開(kāi)閉和調(diào)光控制可指定任何一個(gè)開(kāi)關(guān)的控制對(duì)象(任何位置的一盞或多盞燈);并且根據(jù)不同的情景,做出相應(yīng)的調(diào)整。6、遠(yuǎn)程控制:在任意地方您都
5、可以通過(guò)電話或手機(jī)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)上的各種電器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。當(dāng)然還包括日程管理系統(tǒng)、家居安全防范、語(yǔ)音控制功能、internet遠(yuǎn)程遙控、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控等功能。1.3我國(guó)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀我國(guó)的家庭智能化的發(fā)展道路具有自己的特殊性,我國(guó)的家庭智能化是由社區(qū)(小區(qū))智能化及家庭安全系統(tǒng)逐步發(fā)展進(jìn)化而來(lái)的。因此,在我國(guó),家庭智能化的概念更具有實(shí)用性。在智能家居系統(tǒng)中 家庭安全系統(tǒng)被放在首要的位置,是智能家居系統(tǒng)不可缺少的和基本的組成部分。我們認(rèn)為,在我國(guó)現(xiàn)階段一個(gè)具有實(shí)用性的智能家居系統(tǒng)應(yīng)包括三個(gè)方面的內(nèi)容:(1)安全防范及報(bào)警功能。(2)對(duì)燈光、空調(diào)等家用電器的多元化控制功能。(3)對(duì)來(lái)自家庭內(nèi)部和外
6、部的多媒體信息的獲取、分配、存貯等處理功能。二方案概述2.1.范圍本文件規(guī)定了智能家居系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)、軟件總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行配置與應(yīng)用方式以及使用的關(guān)鍵技術(shù)等。本文適用于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)工作。2.2設(shè)計(jì)依據(jù)2.2.1智能家居系統(tǒng)模型智能家居系統(tǒng)根據(jù)其傳感器和執(zhí)行器的不同性質(zhì),可以分為控制域、信息域和管理域三個(gè)部分。1 控制域在控制域中,主要由智能傳感器和智能控制器組成,傳感器用來(lái)測(cè)量環(huán)境參數(shù)的變化, 并反饋執(zhí)行器的工作狀態(tài)執(zhí)行器接受傳感器發(fā)出的狀態(tài)信息或管理域的控制指令并執(zhí)行??刂朴虻奶攸c(diǎn)是:(1)數(shù)據(jù)量小,主要有代表執(zhí)行器開(kāi)關(guān)狀態(tài)或控制命令的邏輯變量和代表環(huán)境參數(shù)的數(shù)值變量等。(2)對(duì)
7、控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性有較高的要求,但對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通信速度(帶寬)要求較低。(3)控制域的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多,分布廣泛,因此對(duì)節(jié)點(diǎn)安裝、調(diào)試、組網(wǎng) 操作(使用)的方便性和易用性有較高的要求。2 信息域在信息域,將包括各種信息家電或網(wǎng)絡(luò)家電,如數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)微波爐、網(wǎng)絡(luò)洗衣機(jī)、數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字音響、數(shù)碼相機(jī)、pda、計(jì)算機(jī)等,也許我們會(huì)用機(jī)項(xiàng)盒作為多媒體服務(wù)器對(duì)來(lái)自于家庭內(nèi)部和外部的各種圖像、視頻、音頻及其它媒體信息進(jìn)行采集、存貯、分配、數(shù)字化壓縮及解壓縮處理等,并通過(guò)各種終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。信息域的特點(diǎn)是:(1)數(shù)據(jù)量大,對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和實(shí)時(shí)性要求高。(2)信息來(lái)源廣泛:有線電視網(wǎng)模擬廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)
8、器 有線電視網(wǎng)數(shù)字廣播 無(wú)線廣播、cd vcddvd等媒體播放器、攝像機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。3 管理域智能家居系統(tǒng)的管理模型使各個(gè)智能家居系統(tǒng)表現(xiàn)出差異性。從控制節(jié)點(diǎn)到智能化系統(tǒng)服務(wù)器以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的信息終端中的所有軟件,構(gòu)成了家庭智能化的管理域。管理域一般應(yīng)由前端信息采集軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、各節(jié)點(diǎn)控制軟件 人機(jī)交互界面,以及實(shí)現(xiàn)智能化控制及管理模型的管理軟件、通信協(xié)議等組成。2.2.2 gprs技術(shù)gprs (general packet radio service)。即通用無(wú)線分組業(yè)務(wù),是一種基于gsm系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)面向用戶提供移動(dòng)分組的ip或者x25連接。與gsm電路交換數(shù)據(jù)相比,g
9、prs在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì):資源共享,頻帶利用率高,用戶只有在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才占有系資源;數(shù)據(jù)傳輸率高,gprs采用分組交換技術(shù),每個(gè)用戶能同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道,同一無(wú)線信道又可由多個(gè)用戶共享。理論上,gprs最高傳輸率可達(dá)1 712kbits;支持x25協(xié)議和ip協(xié)議,可與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通互連;用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時(shí)間計(jì)費(fèi),通信成本低。由此可見(jiàn),將gprs技術(shù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是最理想的選擇。2.2.3 zigbee技術(shù)zigbee是一組基于ieee批準(zhǔn)通過(guò)的802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),被稱作ieee 80
10、2.15.4(zigbee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。zigbee技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本和可靠性高的雙向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),主要適合于自動(dòng)控制、醫(yī)用設(shè)備控制、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備中,同時(shí)支持地理定位功能。zigbee技術(shù)的優(yōu)勢(shì):l 數(shù)據(jù)傳輸速率低:10kb/秒-250kb /秒,專注于低傳輸應(yīng)用;l 功耗低:在低功耗待機(jī)模式下,兩節(jié)普通5號(hào)電池可使用6-24個(gè)月免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。這也是zigbee的支持者所一直引以為豪的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。l 成本低:zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低,協(xié)議簡(jiǎn)單,所以大大降低了成本;l 網(wǎng)絡(luò)容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65,000個(gè)設(shè)備;l 時(shí)延短:典
11、型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms,休眠激活時(shí)延為15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms;l 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng),通信可靠;l 數(shù)據(jù)安全: zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,采用aes-128加密算法(美國(guó)新加密算法,是目前最好的文本加密算法之一),各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性;l 有效范圍?。河行Ц采w范圍1075米之間,具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定,基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境;l 工作頻段靈活:使用頻段為2.4ghz、868mhz(歐洲)和915mhz(美國(guó)),均為免執(zhí)照(免費(fèi))的頻段。2.3術(shù)語(yǔ)、定義主動(dòng)監(jiān)控終端:主動(dòng)向信息處理終端發(fā)送指令的終端。如
12、與安裝在室內(nèi)的門磁、紅外、煙霧、燃?xì)獗O(jiān)測(cè)等傳感器連接的監(jiān)控終端。雙向監(jiān)控終端:通過(guò)信息處理終端發(fā)送控制指令,同時(shí)亦可以查詢當(dāng)前狀態(tài)的終端。如智能熱水器,智能空調(diào),智能窗簾等。被動(dòng)監(jiān)控終端:信息處理終端發(fā)送查詢指令,返回狀態(tài)數(shù)據(jù)的終端。如智能水表、電表、煤氣表等。指令:對(duì)信息處理終端而言,定義為兩類。一類是用戶控制指令,使用戶發(fā)出的對(duì)監(jiān)控終端設(shè)備的控制指令;另一類是系統(tǒng)指令,是主動(dòng)監(jiān)控終端發(fā)出的指令,用于對(duì)用戶進(jìn)行信息反饋。節(jié)點(diǎn):系統(tǒng)中的設(shè)備。三系統(tǒng)原理3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)智能家居系統(tǒng)由監(jiān)控終端,信息處理終端,監(jiān)控主機(jī)三部分組成。監(jiān)控終端對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)家用電器的控制,信息處理終端用于對(duì)各
13、個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的處理,分為主動(dòng)監(jiān)控終端、被動(dòng)監(jiān)控終端、雙向監(jiān)控終端。監(jiān)控主機(jī)是一臺(tái)運(yùn)行監(jiān)控管理軟件的pc機(jī),用于對(duì)數(shù)據(jù)的提取以及對(duì)系統(tǒng)的綜合控制。如圖1。圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)智能家居系統(tǒng)是一個(gè)典型的星狀網(wǎng)絡(luò),其核心是信息處理終端,圖2為智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖2 智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3.2系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)開(kāi)啟工作時(shí),信息處理終端對(duì)監(jiān)控終端初始化,信息處理終端出于待機(jī)狀態(tài),等待指令。同時(shí)安裝在室內(nèi)的主動(dòng)監(jiān)控終端循環(huán)檢測(cè)環(huán)境的狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到有異常情況發(fā)生時(shí),其將指令發(fā)給信息處理終端,信息處理終端控制警笛發(fā)出告警聲音,并發(fā)送相應(yīng)信息提醒戶主或物業(yè)管理人員有險(xiǎn)情發(fā)生并采取防范措施。當(dāng)終端檢測(cè)到門磁或
14、紅外告警時(shí),將啟動(dòng)圖像抓拍器,對(duì)用戶室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)拍照,拍攝到的圖像終端先進(jìn)行緩存,再發(fā)送給信息處理終端,信息處理終端將圖像以文件的形式進(jìn)行備份。用戶可以通過(guò)gprs設(shè)備或者智能遙控器發(fā)送相應(yīng)指令給信息處理終端,用以改變、查詢雙向監(jiān)控設(shè)備的的工作狀態(tài),同時(shí)信息處理終端還反饋狀態(tài)改動(dòng)成功與否。用戶可以對(duì)監(jiān)控終端發(fā)送查詢命令對(duì)被動(dòng)監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。如果是查詢傳感器及門磁狀態(tài),監(jiān)控終端對(duì)相應(yīng)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),向監(jiān)控主機(jī)返回傳感器的狀態(tài)信息;如果是查詢水表、電表或者煤氣表的用量命令,監(jiān)控終端發(fā)送數(shù)據(jù)給信息處理終端,信息處理終端根據(jù)“三表”的rs-485協(xié)議,構(gòu)造查詢幀命令,發(fā)送相應(yīng)的查詢命令
15、,將回的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的通信協(xié)議打包,通過(guò)終端上內(nèi)置的gprs模塊發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)。信息處理終端還將把相應(yīng)事件以日志的形式記錄下來(lái),以便事后對(duì)告警信息進(jìn)行查詢;當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)幀是抄表命令返回的數(shù)據(jù)時(shí),主機(jī)將把數(shù)據(jù)寫入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí),在顯示界面上彈出一個(gè)新窗口,顯示戶主信息、查詢時(shí)間、表的用量相應(yīng)費(fèi)用等信息。同時(shí)信息處理終端還可根據(jù)采集到的環(huán)境參數(shù)對(duì)相應(yīng)的雙向監(jiān)控終端發(fā)送指令,對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。信息處理終端還可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口與pc機(jī)進(jìn)行連接,通過(guò)pc端相應(yīng)的軟件,可以掉出日志文件、查表數(shù)據(jù)等信息,并且設(shè)置信息處理終端的工作狀態(tài)以及監(jiān)控終端的連接管理、初始化管理,同時(shí)還可以設(shè)置更改用戶信息等。圖3
16、為系統(tǒng)工作流程圖。四硬件總體4.1 信息處理終端硬件總體信息處理終端主要由arm主控模塊,gprs模塊,sdram,無(wú)線模塊,報(bào)警輸出電路等組成。如圖4。系統(tǒng)中arm 控制器的主要作用是對(duì)報(bào)警輸入輸出i/ o 口和其它部分進(jìn)行控制,同時(shí)實(shí)現(xiàn)接受和傳輸視頻數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)通信和gprs 網(wǎng)絡(luò)通信等功能,因此要選用具有較多的通用i/ o 口和外圍資源豐富便于構(gòu)建外圍電路的芯片。 選用三星公司的s3c2410 作為系統(tǒng)的處理器。 flash 選用am29lv160db 和28f128j 3a ,分別存放bootloader 引導(dǎo)代碼和系統(tǒng)源程序。 sdram 選用2 片hy57v561620 構(gòu)成容量為
17、64 mb 高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。圖3 系統(tǒng)工作流程圖4.1.1 s3c2410主要特性s3c2410處理器是samsung公司基于arm公司的arm920t處理器核,采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有:獨(dú)立的16kb指令cache和16kb數(shù)據(jù)cache,mmu,支持tft的lcd控制器,nand閃存控制器,3路uart,4路dma,4路帶pwm的timer,i/o口,圖4 信息處理終端硬件總體rtc,8路10位adc,touch screen接口,iic-bus 接口,iis-bus 接口,2個(gè)usb主機(jī),1個(gè)usb設(shè)備,sd主機(jī)和mmc接口,2路spi。s3c2410處
18、理器最高可運(yùn)行在203mhz。核心板的尺寸僅相當(dāng)于名片的2/3大小,尺寸如此小巧的嵌入式核心板是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。開(kāi)發(fā)商可以充分發(fā)揮想象力,設(shè)計(jì)制造出小體積,高性能的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品。(1)s3c2410芯片集成了大量的功能單元,包括: 內(nèi)部1.8v,存儲(chǔ)器3.3v,外部i/o3.3v,16kb數(shù)據(jù)cache,16kb指令cache,mmu。 內(nèi)置外部存儲(chǔ)器控制器(sdram控制和芯片選擇邏輯)。 lcd控制器,一個(gè)lcd專業(yè)dma。 4個(gè)帶外部請(qǐng)求線的dma。 3個(gè)通用異步串行端口(irda1.0,16-byte tx fifo and 16-byte rx fifo),2通道spi 一個(gè)多主i2c總
19、線,一個(gè)i2s總線控制器。 sd主接口版本1.0和多媒體卡協(xié)議版本2.11兼容。 兩個(gè)usb host,一個(gè)usb device(ver1.1)。 4個(gè)pwm定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器。 看門狗定時(shí)器。 117個(gè)通用i/o。 56個(gè)中斷源。 24個(gè)外部中斷。 電源控制模式:標(biāo)準(zhǔn)、慢速、休眠、掉電。 8通道10位adc和觸摸屏接口。 帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 芯片內(nèi)置pll。 設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備和通用嵌入式系統(tǒng)。 16/32位risc體系結(jié)構(gòu),使用arm920t cpu核的強(qiáng)大指令集。 帶mmu的先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)支持wince、epoc32、linux。 指令緩存(cache)、數(shù)據(jù)緩存、寫緩存和物理地址
20、tag ram,減小了對(duì)主存儲(chǔ)器帶寬和性能的影響。 arm920t cpu核支持arm調(diào)試的體系結(jié)構(gòu)。 內(nèi)部先進(jìn)的位控制器總線(amba)(amba2.0,ahb/apb)。(2)系統(tǒng)管理 小端/大端支持 地址空間:每個(gè)bank128mb(全部為1gb)。 每個(gè)bank可編程為8/16/32位數(shù)據(jù)總線。 bank0到bank6為固定起始地址。 bank7可編程bank起始地址和大小。 一共8個(gè)存儲(chǔ)器bank。 前6個(gè)存儲(chǔ)器bank用于rom、sram和其它。 兩個(gè)存儲(chǔ)器bank用于rom、sram、和sdram(同步隨機(jī)存儲(chǔ)器)。 支持等待信號(hào)用以擴(kuò)展總線周期。 支持sdram掉電模式下的自刷
21、新。 支持不同類型的rom用于啟動(dòng)(nor/nand flash、eeprom和其它)。(3)芯片封裝272-fbga封裝4.1.2 am29lv160db主要特性 single power supply operation full voltage range: 2.7 to 3.6 volt read and write operations for battery-powered applications regulated voltage range: 3.0 to 3.6 volt read and write operations and for compatibility wit
22、h high performance 3.3 volt microprocessors manufactured on 0.23 m process technology fully compatible with 0.32 m am29lv160b device high performance access times as fast as 70 ns ultra low power consumption (typical values at5 mhz) 200 na automatic sleep mode current 200 na standby mode current 9 m
23、a read current 20 ma program/erase currentflexible sector architecture one 16 kbyte, two 8 kbyte, one 32 kbyte, andthirty-one 64 kbyte sectors (byte mode) one 8 kword, two 4 kword, one 16 kword, andthirty-one 32 kword sectors (word mode) supports full chip erase sector protection features : a hardwa
24、re method of locking a sector to preventany program or erase operations within that sector sectors can be locked in-system or via programming equipment temporary sector unprotect feature allows code changes in previously locked sectorsunlock bypass program command reduces overall programming time wh
25、en issuing multiple program command sequencestop or bottom boot block configurations availableembedded algorithms embedded erase algorithm automatically preprograms and erases the entire chip or any combination of designated sectors embedded program algorithm automatically writes and verifies data a
26、t specified addressesminimum 1,000,000 write cycle guaranteeper sector n 20-year data retention at 125c reliable operation for the life of the systempackage option 48-ball fbga 48-pin tsop 44-pin socfi (common flash interface) compliant provides device-specific information to the system, allowing ho
27、st software to easily reconfigure for different flash devicescompatibility with jedec standards pinout and software compatible with singlepower supply flash superior inadvertent write protectiondata# polling and toggle bits provides a software method of detecting program or erase operation completio
28、nready/busy# pin (ry/by#) provides a hardware method of detecting program or erase cycle completion (not available on 44-pin so)erase suspend/erase resume suspends an erase operation to read data from,or program data to, a sector that is not being erased, then resumes the erase operationhardware res
29、et pin (reset#) hardware method to reset the device to reading array dat4.1.3 28f128j主要特性high-density symmetrically-blocked architecture128 128-kbyte erase blocks (128 m)64 128-kbyte erase blocks (64 m)32 128-kbyte erase blocks (32 m)high performance interface asynchronous page mode reads110/25 ns r
30、ead access time (32 m)120/25 ns read access time (64 m)150/25 ns read access time (128 m)2.7 v3.6 v vcc operation 128-bit protection register64-bit unique device identifier64-bit user programmable otp cellsenhanced data protection features absolute protection with vpen= gndflexible block lockingbloc
31、k erase/program lockout during power transitionspackaging56-lead tsop package64-ball intel easy bga packagecross-compatible command support intelbasic command setcommon flash interfacescalable command set32-byte write buffer6 s per byte effective programmingtime12.8m total min. erase cycles (128 mbi
32、t)6.4m total min. erase cycles (64 mbit)3.2m total min. erase cycles (32 mbit)100k minimum erase cycles per blockautomation suspend optionsblock erase suspend to readblock erase suspend to programprogram suspend to read0.25 intel strataflash memory technology4.1.4 hy57v561620主要特性 single 3.3v 0.3v po
33、wer supply all device pins are compatible with lvttl interface jedec standard 400mil 54pin tsop-ii with 0.8mm of pin pitch all inputs and outputs referenced to positive edge of system clock data mask function by udqm and ldqm internal four banks operation auto refresh and self refresh 8192 refresh c
34、ycles / 64ms programmable burst length and burst type- 1, 2, 4, 8 and full page for sequential burst- 1, 2, 4 and 8 for interleave burst programmable cas latency ; 2, 3 clocks4.1.5 mc13192主要性能無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用freescale公司的mc13192。它是一種短距離、低功耗的無(wú)線收發(fā)器,工作在2. 4 ghz ism頻段,共有16個(gè)通信信道,輸出功率低,帶片上ram緩存,提供3種省電模式,帶有4個(gè)內(nèi)部定時(shí)
35、器,還提供可編程時(shí)鐘頻率輸出供給mcu。工作電壓(v):23.4功耗(ma)1%工作周期:0.3發(fā),0.37收頻段(ghz):2.42.5敏感度(dbm)1%per:-92接口:spi速率(kbps):250協(xié)議:ieee 802.15.4應(yīng)用:2.4ghz ism,802.15.4封裝/溫度:qfn32/-40854.1.6 ptr4000無(wú)線傳輸模塊特性1 2.4ghz全球開(kāi)放ism頻段,免許可證使用2 最高工作速率1mbps,高效gmsk調(diào)制,抗干擾能力強(qiáng),特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合3 125頻道,滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要4 內(nèi)置硬件crc檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制5 低功耗1.93.6v工
36、作,power down模式下?tīng)顟B(tài)僅為1ua6 內(nèi)置2.4ghz天線,體積小巧約24x24mm7 模塊可軟件設(shè)地址,只有受到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)(提供中斷指示),可直接接各種單片機(jī)使用,軟件編程非常方便8 內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路,使用各種電源包括dc/dc開(kāi)關(guān)電源均有很好的通信效果9 標(biāo)準(zhǔn)dip間距接口,便于嵌入式應(yīng)用4.1.6.1 ptr4000無(wú)線傳輸模塊的基本電氣特性:無(wú)線傳輸模塊的基本電氣特性工作頻率2400mhz-2524mhz靈敏度90dbm工作電壓1.9-3.6v發(fā)射電流10ma接收電流18ma最高通信速率1000kbit/s掉電模式功耗1ua使用距離30到50m信道125個(gè)頻道調(diào)制
37、/解調(diào)方式gmsk4.1.6.2模塊引腳功能無(wú)線傳輸模塊的引腳功能管腳功能方向pin1data通道1數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,接單片機(jī)i/oi/opin2gnd電源地pin3clk1通道1時(shí)鐘ipin4gnd電源地ipin5dr1通道1中斷輸出opin6cs工作模式選擇,選擇芯片為配置模式還是發(fā)射/接收模式ipin7dout2通道2數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,接單片機(jī)i/oopin8gnd電源地pin9clk2通道2時(shí)鐘opin10gnd電源地pin11drr2通道2中斷輸出opin12ce使能,使芯片進(jìn)入工作模式ipin13pwr節(jié)能控制端。當(dāng)pwr=1時(shí),模塊處于正常工作狀態(tài),pwr=0時(shí),模塊處于待機(jī)微功
38、耗狀態(tài)ipin14gnd電源地pin15vcc正電源1.9-3.6v輸入ipin16vcc正電源1.9-3.6v輸入i4.1.6.3硬件接口圖5 ptr4000接口示意圖圖中給出ptr4000的用戶接口,該接口由9個(gè)數(shù)字輸入/輸出i/o組成,按照工作可分為三組:4.1.6.4 編程配置接口該接口由ce、cs、pwr組成,控制ptr4000的四種工作模式:配置模式,發(fā)射/接受模式,待機(jī)模式,power down掉電模式。配置數(shù)據(jù)由data、clk1輸入,各種模式的控制模式見(jiàn)下表表3-5配置接口模式模式pwrcecs工作模式(發(fā)射/接收)110配置模式101待機(jī)模式100掉電模式0xx說(shuō)明:(1)
39、待機(jī)模式下功耗約為12ua,此時(shí)發(fā)射/接收電路均關(guān)閉,只有時(shí)鐘電路工作(2)掉電模式下功耗為1ua,此時(shí)所有電路關(guān)閉,進(jìn)入最省電狀態(tài)通道1接口通道1接口clk1、data、dr1為三線多功能接口:(1) 在配置模式下,單片機(jī)通過(guò)通道1的data、clk1線配置ptr4000的工作參數(shù);(2) 在發(fā)射模式下,單片機(jī)通過(guò)通道1的data、clk1發(fā)送數(shù)據(jù);(3) 在接收模式下,當(dāng)接收到與本機(jī)地址一致時(shí),通過(guò)dr1輸出中斷指示(高有效),單片機(jī)通過(guò)data、clk1接收數(shù)據(jù)通道2接口通道2接口clk2、dout2、dr2為三線數(shù)據(jù)接口,在ptr4000模塊中保留未使用4.1.6.5 ptr4000的
40、配置ptr4000上電以后首先必須通過(guò)單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行配置:?jiǎn)纹瑱C(jī)首先將按照模式控制真值表將ptr4000設(shè)為配置模式;然后單片機(jī)通過(guò)通道1的data、clk1將15byte的配置數(shù)據(jù)送入ptr4000模塊,完成配置。配置字一覽表位的位置位數(shù)名稱功能功能配置119:1128data2_w通道2的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度111:1048data1_w通道1的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度103:6440addr2通道2的地址63:2440addr1通道1的地址23:186addr_w地址的位數(shù)171crc_l選擇8位或16位crc161crc_encrc使能基本配置151rx2_en允許通道2141cm通信模式131rfdr_sb通信
41、速率(1mbps或250kbps)12:103xo_f晶振頻率9:82rf_pwr發(fā)射功率設(shè)置7:17rf_ch#頻點(diǎn)設(shè)置01rxen發(fā)射/接收選擇配置字一共為120bit(15byte),在clk1的上升沿開(kāi)始最高位(msb)移入ptr4000。在cs下降沿后,模塊內(nèi)部更新所有內(nèi)部配置,即新的配置字在cs的下降沿后開(kāi)始生效。上電后第一次配置時(shí)必須將120bit配置字全部移入;而后當(dāng)僅需要做收發(fā)切換時(shí),只需移入1bit即可完成收發(fā)模/式的切換。配置字說(shuō)明msbdata2_wd119d118d117d116d115d114d113d112信道2的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度xxxxxxxx默認(rèn)值data1_wd11
42、1d110d109d108d107d106d105d104信道1的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度xxxxxxxx默認(rèn)值4.1.7報(bào)警輸出電路系統(tǒng)使用的所有探測(cè)器和報(bào)警設(shè)備,都是通過(guò)gpio與控制器相連來(lái)完成報(bào)警輸入輸出的功能。然而這些輸入輸出信號(hào)都有很強(qiáng)的電流,對(duì)系統(tǒng)的干擾較大,因此采用tl p521 光電隔離芯片和繼電器對(duì)報(bào)警輸入輸出信號(hào)分別進(jìn)行隔離,從而把外部信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響降到最低。4.2監(jiān)控終端硬件總體監(jiān)控終端品種繁多,前文所述,監(jiān)控系統(tǒng)分為三種類型:主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、被動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、雙向監(jiān)控系統(tǒng)。這三類監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)大致如下圖:圖6 監(jiān)控終端硬件總體cpu選用三星公司的基于arm7tdml內(nèi)核的$3c440x
43、微處理器,該處理器是三星公司專為pda和一般應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供的高性價(jià)比和高性能的解決方案。4.2.1 s3c44b0x主要特性1 、 cpu 為 s3c44b0x (指令緩存 8k 字節(jié)); 2 、 flash 為 2m 字節(jié)(用戶根據(jù)需要可以自己更換為 4m 字節(jié)) 3 、 sdram 為 16m 字節(jié) 4 、 nand flash 為 k9f2828u0a ( 16m 字節(jié))或者 k9f5608u0a ( 32m 字節(jié))或者容量更大的 flash ; 5 、 usb 接口芯片為 pdiusbd12 ,支持 usb1.1 規(guī)范; 6 、以太網(wǎng)接口使用 rtl8019as 芯片; 7 、 usb
44、host 接口(板上沒(méi)有焊接,需要的用戶請(qǐng)看補(bǔ)充說(shuō)明) 8 、 eeprom 為 24lcxx ( dip 插座,芯片用戶自行配置); 9 、 lcd 接口支持 4 位和 8 位數(shù)據(jù)總線的液晶模塊和觸摸屏(典型的如 dmf50081 ),無(wú)論黑白、四級(jí)灰度、 16 級(jí)灰度、 256 色液晶均可使用,最大支持 256 色 640 480 stn 液晶模塊; 10 、兩路標(biāo)準(zhǔn)三線 rs232 接口; 11 、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ps/2 接口; 12 、標(biāo)準(zhǔn) 20 芯 jtag 接口; 13 、七路 adc 輸入; 14 、一個(gè) ata 接口,可以連接 ide 硬盤,光驅(qū) 15 、四個(gè)高亮 led ; 16
45、 、四個(gè)輕觸小按鍵; 17 、一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān) 18 、一個(gè)蜂鳴器; 19 、 rtc 電池一個(gè); 20 、另有 s3c44b0x 的 160 個(gè)引腳都通過(guò) 2.54 標(biāo)準(zhǔn)連接器引出;系統(tǒng)中flash、sdram如信息處理終端,不再過(guò)多闡述。監(jiān)控終端因?yàn)槠鋫鞲衅鞴δ懿煌笾驴煞譃橐韵聨最悾簲?shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端,圖像采集類監(jiān)控終端,電機(jī)控制類監(jiān)控終端。不同的功能的監(jiān)控終端采用的數(shù)據(jù)處理模塊是不同的,下面分類介紹。4.2.2數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端數(shù)據(jù)處理類監(jiān)控終端是指通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)模塊對(duì)傳感器或家用電器發(fā)送相應(yīng)指令的監(jiān)控終端,如對(duì)智能開(kāi)關(guān)的控制終端。其核心是數(shù)據(jù)的格式以及連接方式。根據(jù)最外圍設(shè)備的不同,我們選
46、擇不同的傳輸模塊。在該系統(tǒng)中,我們定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn):rs-485,采用sn75lbc184擴(kuò)展s3c44b0x的uart接口。某些傳感器傳送的是模擬信號(hào),數(shù)據(jù)傳輸模塊添加d/a轉(zhuǎn)換器,系統(tǒng)中采用ad573。圖7 數(shù)據(jù)處理終端硬件結(jié)構(gòu)4.2.2.1 sn75lbc184技術(shù)參數(shù)驅(qū)動(dòng)器:1接收器:1工作電壓(v):5esd (kv):15傳輸速率(mbps):0.250icc 最大(ma):25引腳兼容:sn75176封裝/溫度():pdip-8/070描述:抗雷擊的rs-485差分總線收發(fā)器4.2.2.2 ad573主要性能圖8 ad573管腳ad573 10位a/d轉(zhuǎn)換器:集成包括基準(zhǔn)源
47、,比較器和時(shí)鐘在內(nèi)全部的a/d轉(zhuǎn)換功能,全兼容816位微處理器總線接口。轉(zhuǎn)換時(shí)間20us,+5v和-12v-15v工作電壓,20pindip封裝,經(jīng)濟(jì)型器件。4.2.3 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)圖像處理模塊由圖像采集芯片、圖像壓縮芯片及相關(guān)外圍電路組成。 系統(tǒng)采用專用采集和壓縮芯片組成的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像處理的功能,不采用軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn),是為了保證安防報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,減輕控制器的負(fù)擔(dān),并能獲得較好的數(shù)字壓縮圖像。圖像采集芯片采用techwell 公司的tw9903。tw9903 內(nèi)部帶有軟件控制的4 選1 的信號(hào)輸入選擇器,可選擇由composite video sources 和s2videoso
48、urce 組成的不同種類的輸入方式,能自動(dòng)識(shí)別輸入的模擬信號(hào)格式,可將解碼輸出的24 bit rgb、8bit 或16 bit yuv 數(shù)字信號(hào)和vref、href 控制信號(hào)及pcl k時(shí)鐘信號(hào)直接輸入圖像壓縮芯片。系統(tǒng)采用了8 位yuv 4 2 2 輸出格式,通過(guò)bnc 可對(duì)13 個(gè)攝像頭的模擬圖像信號(hào)進(jìn)行采集,并通過(guò)iic 總線使s3c2410 對(duì)tw9903 進(jìn)行初始化和控制。圖像壓縮芯片采用wis technologies 公司的go7007. go7007 采用mpeg4 壓縮算法進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像壓縮, 支持ccir2601 、rgb bayer 和8 bitccir2656 yuv 4
49、 2 2 的輸入格式,可以提供面向窄帶通信的高質(zhì)量40 kb/ s qcif 視頻和2 mb/ smpeg4 視頻,同時(shí)能隨internet 用帶寬變化動(dòng)態(tài)調(diào)整比特率和幀率,能夠輸出高質(zhì)量的微軟視頻格式。 具有視頻輸入接口、sdram 接口、調(diào)試接口、與控制器相連的usb , hpi 輸出接口等。 系統(tǒng)采用8bit yuv 4 2 2 的輸入格式和hpi 輸出接口,采用mt48lc2m32 的sdram 作為外部緩沖區(qū),使s3c2410 控制器通過(guò)hpi 接口將初始化程序和數(shù)據(jù)傳給go7007 ,并讀走壓縮后的視頻數(shù)據(jù)。圖9 圖像采集監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)4.2.4 電機(jī)控制監(jiān)控終端電機(jī)控制的核心是
50、a/d轉(zhuǎn)換,本系統(tǒng)采用tlv5615d/a,由于該芯片輸出電壓有限,需要外接放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制。圖10 電機(jī)控制監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)4.2.4.1 tlv5615d/a主要特性tlv5615是一個(gè)10位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac),帶有靈活的3線串行接口,可以無(wú)縫連接tms320、spi、qspi和microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電,電壓范圍2.75.5v。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器,輸出放大器是ab類以提高穩(wěn)定性和減少建立時(shí)間。rail-to-rail輸出和關(guān)電方式非常適宜單電源、電池供電應(yīng)用。通過(guò)控制字可以優(yōu)化建立時(shí)間和功耗比。tlv561
51、5通過(guò)固定增益為2的運(yùn)放緩沖電阻網(wǎng)絡(luò),把10位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓。上電時(shí),內(nèi)部電路把d/a寄存器復(fù)位為0。4.3 智能遙控器硬件總體智能遙控器使用戶在家居中對(duì)系統(tǒng)個(gè)部件進(jìn)行綜合控制的設(shè)備,由于系統(tǒng)復(fù)雜,涉及硬件繁多,要求必須有強(qiáng)大功能的遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)。遙控器同樣采用zigbee傳輸模式,由s3c2410芯片進(jìn)行管理。配備有全功能鍵盤和led顯示器。其中使用的s3c2410等上文中以提及到的ic這里不再過(guò)多闡述。圖11 智能遙控器硬件總體4.3.1 點(diǎn)陣led顯示4.3.1.1點(diǎn)陣顯示屏部分方案一:串行方式顯示。這種方式可同時(shí)顯示4個(gè)16l6點(diǎn)陣漢字或8個(gè)168點(diǎn)陣的漢字、字符或數(shù)字。點(diǎn)陣顯示
52、屏每個(gè)單元由16個(gè)88點(diǎn)陣led顯示模塊、行信號(hào)選擇譯碼器74hc138、驅(qū)動(dòng)器74hc245、數(shù)據(jù)移位寄存器74hc595和行驅(qū)動(dòng)器組成,如圖1所示。單元顯示屏可以接收控制器(主控制電路板)或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來(lái)的數(shù)據(jù)信息和命令信息,并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中,因此顯示屏可擴(kuò)展至更多的顯示單元,用于顯示更多的內(nèi)容。 圖12 串行方式顯示邏輯結(jié)構(gòu)框圖此方案為點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)中比較常用的,所用器件也比較常用,容易買到。但是它存在一個(gè)致命的缺點(diǎn),就是刷新速度不夠快。如果要驅(qū)動(dòng)64列點(diǎn)陣顯示,通用51單片機(jī)會(huì)比較吃力,出現(xiàn)比較嚴(yán)重的閃爍停滯現(xiàn)象。此外,
53、要實(shí)現(xiàn)文字的左右移動(dòng)和調(diào)整移動(dòng)速度等功能,都會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)較多困難。 方案二:并行方式顯示??梢酝ㄟ^(guò)鎖存器芯片來(lái)擴(kuò)展io口,達(dá)到控制led點(diǎn)陣的64個(gè)列線的目的。方案中運(yùn)用16片鎖存器74hc573來(lái)組成8組雙緩沖寄存器,驅(qū)動(dòng)led點(diǎn)陣的8組列線,用4/16譯碼器74hc595對(duì)led點(diǎn)陣的16行進(jìn)行掃描。在送每一行的數(shù)據(jù)到led點(diǎn)陣前,先把數(shù)據(jù)分別送到第一級(jí)的8個(gè)74hc573,然后再給第二級(jí)的8個(gè)74hc573送鎖脈沖,數(shù)據(jù)一起輸出到led點(diǎn)陣列中,這樣就避免了各行數(shù)據(jù)顯示不同步問(wèn)題。由于并行數(shù)據(jù)傳輸速度比串行快,所以字符閃爍的問(wèn)題得到較好地解決,文字左右移動(dòng)也比較容易控制。綜上所述,本設(shè)計(jì)最終選擇了這個(gè)方案。 4.3.1.2 顯示屏控制部分方案一:?jiǎn)螜C(jī)工作模式。采用一個(gè)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)所有功能,其中包括led點(diǎn)陣顯示屏的刷新顯示、模式設(shè)定、時(shí)間讀取、溫度檢測(cè),以及與上位機(jī)的通信等。只用一個(gè)
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