基于ARM的嵌入式智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要科技改變生活，科技為人類帶來了更舒適更方便的解決方案，智能家居是現(xiàn)代化科技的體現(xiàn)，智能家居也正是在應(yīng)人們需求下而產(chǎn)生的。本設(shè)計的內(nèi)容是設(shè)計一個基于ARM的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)。整個硬件控制系統(tǒng)有以下模塊：控制主機STM32F103VET6、無線短信收發(fā)模塊GPRS(遠程監(jiān)控的主要模塊)、用于顯示的LCD1602液晶顯示屏(顯示測量出來的溫濕度值)、測量外部環(huán)境溫濕度的溫濕度傳感器DHT11，異步電機28BYJ-48(模擬控制窗簾收放用到的控制器)、蜂鳴器(報警用)、LED燈(模擬室內(nèi)各種燈)、繼電器(模擬室內(nèi)各種電器的控制開關(guān))。溫濕度傳感器測量出來的溫濕度數(shù)值通過LCD1602來顯示，當(dāng)

2、超過設(shè)定的閾值將通過GPRS模塊發(fā)送警報短信到指定的手機上，同時也可以由手機發(fā)送特定短信到GPRS上控制LED燈的亮滅、控制28BJY-48步進電機的正反轉(zhuǎn)、讀取當(dāng)前室內(nèi)的溫濕度并發(fā)送回手機上，實現(xiàn)遠程監(jiān)控的。關(guān)鍵詞 智能家居；遠程監(jiān)控；GPRS；ARMAbstractTechnology has changed life, science and technology has brought to mankind more comfortable and more convenient solution, smart home is a manifestation of modern tec

3、hnology, smart home is also in demand should be generated by people.The content of this thesis is to design a remote monitoring system of smart home based on ARM. The entire hardware control system has the following modules: the host controller STM32F103VET6, wireless SMS transceiver module GPRS (th

4、e main module of the remote monitoring), LCD display (to display the temperature and humidity measured values), temperature and humidity sensor,DHT11, be used to measure the external environment temperature and humidity, asynchronous motor 28BYJ-48 (analog controller curtain used), a buzzer (alarm),

5、 LED light (simulated indoor lamps), a relay (control switch simulation of indoor each kind of electric appliance).The temperature and humidity value measured by the temperature and humidity sensor and displayed by LCD1602, when more than a set threshold an alarm SMS will be sent by GPRS module to t

6、he designated mobile phone, but also can be caused by the mobile phone to send a specific message to the GPRS to control LED light, 28BJY-48 stepper motor reversible, read the current indoor temperature and humidity and sent back to the mobile phone.Keywords smart home; remote monitoring; GPRS; ARMI

7、I目 錄摘要 . I Abstract . II第1章 緒論 . 1 1.1 課題背景 . 1 1.2國外的發(fā)展動態(tài) . 1 1.3 國內(nèi)的發(fā)展動態(tài) . 2 1.4 本文各章主要安排 . 2III來信中斷處理函數(shù)程序代碼 . 24結(jié)論 . 32參考文獻 . 33致謝 . 35附錄一 整個硬件系統(tǒng)電路圖 . 36附錄二 開題報告說明 . 37附錄三 文獻綜述 . 38附錄四 中期報告 . 39附錄五 外文文獻及其翻譯 . 40附錄六 完整的程序代碼 . 41IV第1章 緒論第1章 緒論1.1 課題背景隨著科技的提高，經(jīng)濟的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化

8、的核心部分智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日?；顒庸?jié)約不必要的能耗1。而且在現(xiàn)在這個注重綠色環(huán)保的世界里，智能的為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。家居智能化控制的開發(fā)和建設(shè)是未來國家、經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，智能家居產(chǎn)品也在不斷發(fā)展尋求突破，用智能的方式緩和、解決社會矛盾，這是本課題的目的及意義所在。1.2國外的發(fā)展動態(tài)1984年，世界上第一座智能建筑在美國的康涅迪格州建成，這座意義不一般的智能建筑是對一座舊式大樓在一定程度上的改造而完成的。它只是采用計算機系

9、統(tǒng)對大樓的照明、空調(diào)、電梯等設(shè)備進行監(jiān)控，并提供情報資料、語音通信、電子郵件等方面的信息服務(wù)。2000年，新加坡大約有5000戶家庭采用了這種家庭智能家居化系統(tǒng)，而與此同時，美國采用這種智能家居化系統(tǒng)的用戶已高達4萬戶。目前，在國外的家庭智能化系統(tǒng)技術(shù)己經(jīng)越來越成熟，預(yù)計今后，越來越多的新房將會安裝具有一定的“智能家居化”功能的系統(tǒng)。于此同時，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日益標(biāo)準(zhǔn)化，這些新型智能家居系統(tǒng)將會比世界首富比爾. 蓋茨耗資六千萬美元的高端智能家居別墅便宜得多。在家居智能化系統(tǒng)研發(fā)方面，美國及一些西方國家一直處于領(lǐng)先地位。近年來，以摩托羅拉公司及美國微軟公司等為首的一些國外知名企業(yè)，先后加入到智

10、能家居系統(tǒng)的研發(fā)中。比如:摩托羅拉公司開發(fā)出來的“居所之門”、微軟公司開發(fā)出來的“夢幻之家”、IBM公司開發(fā)出來的“家庭主任”等都以日趨成穩(wěn)的技術(shù)霸占家居市場。此外，亞洲國家日本、韓國、新加坡等國1的領(lǐng)頭大企業(yè)也紛紛致力于家居智能化的研發(fā)，對家居市場更是躍躍欲試。1.3 國內(nèi)的發(fā)展動態(tài)1990年后，我國的智能家居化住宅小區(qū)日益興起。我國的智能家居化住宅建筑最早起于廣州、深圳和上海等沿海發(fā)達城市，并慢慢地向內(nèi)陸發(fā)展。在1997年香港回歸時，上海的中皇廣場在建設(shè)部“97跨世紀(jì)住宅小區(qū)案競賽活動”中被建設(shè)部科技委員會評為全國首家“智能住宅示范工程”，從此揭開了我國智能家居住宅小區(qū)發(fā)展的序幕。1999

11、年，建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室、建設(shè)部勘察設(shè)計司聯(lián)合組織實施了全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，這也標(biāo)志著我國的智能家居進入了一個新階段。隨著信息化技術(shù)日益普，國家經(jīng)貿(mào)委領(lǐng)頭成立了家庭信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會，同時信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系研究及產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)被列為了國家技術(shù)創(chuàng)新的重點專項計劃。根據(jù)建設(shè)部的要求，截止今年，大中城市中50%的住宅要實現(xiàn)智能化2。我國的智能家居建設(shè)相對于國外起步比較晚， 尚未形成一定的國家標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)各大硬、軟件企業(yè)機構(gòu)正在積極的研發(fā)更為符合市場的智能家居化產(chǎn)品，以解決我國當(dāng)前智能化設(shè)備使用復(fù)雜、產(chǎn)品價格昂貴及實用性差等缺點，而技術(shù)創(chuàng)新能力也逐漸向國際先進水平靠攏，這樣智能家居的未來值得我

12、們期待3-4。1.4 本文各章主要安排本文第二章主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)中用到的各個硬件模塊，有主控模塊STM32F103VET6、GPRS短信收發(fā)模塊GTM900-B、溫濕度測量傳感器DHT11、液晶顯示屏LCD1602、步進電機28BYJ-48。第三章主要介紹了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，重點描述各個功能模塊電路圖的設(shè)計及其功能。第四章主要介紹了控制系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計，主要有主函數(shù)及TIM2中斷處理函數(shù)的程序設(shè)計，GPRS來信中斷處理函數(shù)的設(shè)計以及GPRS的AT指令的PDU編碼過程。其中給出了主要程序代碼及其程序流程圖。2第2章 各個硬件模塊的說明第2章 各個硬件模塊的說明2.1 主控模塊本設(shè)計整個

13、系統(tǒng)的主控芯片選擇的具有ARM內(nèi)核Cortex-M3的STM32F103VET6。該芯片屬于增強型的32位高性能微控制器，具有100引腳和高達512K字節(jié)的閃存存儲器。STM32VET6的系統(tǒng)架構(gòu)包含4個驅(qū)動單元：Cortex-M3內(nèi)核Dcode總線、系統(tǒng)總線、通用DMA1和通用DMA2；4個被動單元：內(nèi)部閃存存儲器Flash、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器SRAM、FSMC和AHB到APB的橋。這些單元都是通過一個多級的AHB總線構(gòu)架相互連接的，如圖2-1所示。ICode: 該總線將閃存指令接口與ARM的Cortex-M3內(nèi)核的指令總線相連接。指令預(yù)取在此總線上完成。DCode: 該總線將閃存存儲器的數(shù)據(jù)接

14、口和Cortex-M3內(nèi)核的數(shù)據(jù)總線相連接(常量加載和調(diào)試訪問)。系統(tǒng)總線: 此總線連接Cortex-M3內(nèi)核的系統(tǒng)總線到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)著DMA與內(nèi)核之間的訪問。DMA總線: 此總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相聯(lián)，總線矩陣協(xié)調(diào)著CPU的DCode和DMA到 內(nèi)部閃存存儲器Flash、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器SRAM和外設(shè)的訪問?？偩€矩陣: 該矩陣協(xié)調(diào)DMA主控總線與內(nèi)核系統(tǒng)總線間的訪問與仲裁，仲裁采用輪換算法?？偩€矩陣包含4個驅(qū)動部件和4個被動部件。 AHB外設(shè)通過總線矩陣與系統(tǒng)總線相連，允許DMA訪問。AHB/APB橋(APB): 兩個AHB/APB橋在AHB和2個APB總線間提供同步

15、連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。 有關(guān)連接到每個橋的不同外設(shè)的地址映射。在每一次復(fù)位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外設(shè)都被關(guān)閉，在使用一個外設(shè)之前，必須設(shè)置寄存器RCC_AHBENR來打開該外設(shè)的時鐘3圖2-1 STM32系統(tǒng)架構(gòu)STM32F103VET6的引腳圖如圖2-2所示。(1) 內(nèi)核：ARM的32位Cortex-M3微處理器；最高達72MHZ頻率，Cortex-M3內(nèi)部的數(shù)據(jù)路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。Cortex-M3采用了哈佛結(jié)構(gòu)，擁有獨立的Dcode總線和Icode總線，可以讓數(shù)據(jù)訪問和取指并行不悖

16、，這樣數(shù)據(jù)訪問就不再占用Icode總線，從而提升了工作性能。為實現(xiàn)這個特性，Cortex-M3內(nèi)部含有好幾條總線接口，每條都為自己的應(yīng)用場合而優(yōu)化過，并且它們可以并行工作。4第2章 各個硬件模塊的說明圖2-2 STM32F103VET6引腳圖(2) 存儲器：512KB的閃存程序存儲器；64K字節(jié)的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器5SRAM，它可以以字節(jié)、半字(16位)或全字(32位)訪問。(3) 時鐘和電源管理：(a) 三種不同的時鐘源可被用來驅(qū)動系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)：1) HSI振蕩器時鐘；2) HSE振蕩器時鐘；3) PLL時鐘。(b) STM32的工作電壓(VDD)為2.03.6V，通過內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)

17、器提供所需的1.8V電源；(c) 獨立的A/D轉(zhuǎn)換器供電和參考電壓；(d) 一個完整的上電復(fù)位(POR)和掉電復(fù)位(PDR)電路；(e) 可有3種不同工作模式的電壓調(diào)節(jié)器；(f) 可編程電壓監(jiān)測器(PVD)。(4) 通用和復(fù)用功能I/O(GPIO和AFIO)：5組多功能雙向5V兼容的通用I/O端口；可使用復(fù)用功能重新映射到其他一些引腳上。(5) DMA控制器：支持定時器、ADC、SPI、IIC和USART等外設(shè)。(6) 嵌套向量中斷控制器：(a) 有68個可屏蔽中斷通道(不包含16個Cortex-M3的中斷線)； (b) 16個可編程的優(yōu)先等級(使用了4位中斷優(yōu)先級)；(c) 低延遲的異常和中斷處理；(d) 電源管理控制；(e) 系統(tǒng)控制寄存