智能家居控制系统设计

1、智能家居控制系统设计智能家居控制系统专业：电气工程及其自动化 姓名：孟凡磊 指导教师：杨伟新摘 要 伴随世界信息化水平不断提升，越来越多的人对生活环境尤其是家居环境要求随之提升，人们希望自己的家居能实现智能化。智能家居控制系统顺应了人们对家居生活发展的要求。使得智能家居的研发得到了的关注。本文主要针对智能家居控制系统的硬件设计进行研究。首先对传统智能家居控制系统进行方案对比，并分析各种方案的优缺点。提出GPRS模块、S3C44B0X控制器和ZigBee智能家居通用无线网络系统的硬件解决方案。硬件通过各种传感器采集相关信号，由CC2530路由器通过无线网络传输到CC2530协调器，协调器通过RS

2、485端口将信息传送到S3C44B0X主控制中分析，从而来发出命令实现对家居中空调、加湿器、灯光等系统的控制。同时S3C44B0X主控制器还通过GPRS模块与用户手机相连接，实现远程控制家居。本文中对智能家居控制系统分为三部分进行设计，第一部分主要是对各种采样节点和控制节点进行设计，设计采样电路，节点电路，协调器电路，S3C44B0X控制和扩展电路以及MC39I GPRS电路。辅助系统框图，介绍连接方式。最后介绍各部分软件流程。关键词： 智能家居，ZigBee网络，GPRS网络，无线网络ABSTRACTWith internet of things present, world of info

3、rmation level promotes ceaselessly, more and more people to the living environment of home furnishing in particular are increasingly demanding environment, people want their home furnishing can more and more comfortable. Intelligent home furnishing control systems comply with the people on the requi

4、rements of the development of home furnishing life. This also makes the research and development of control system for intelligent home furnishing has received extensive attention. The domestic many well-known enterprises began to enter the intelligent control of home furnishing control system, inte

5、lligent home furnishing control system begin to enter peoples life.This article mainly aims at the control system of intelligent home furnishing hardware design research. Program contrast the traditional smart home control system, and analyze the advantages and disadvantages of various options. Thus

6、 proposed the GPRS module, controller and intelligent home Bureau universal wireless network system hardware solutions. The hardware through various types of node sensor signal, the CC2530 router via a star wireless network transmission to the CC2530 coordinator, coordinator through RS485 port will

7、transfer the information to the main control S3C44B0X analysis, in order to issue commands to the air conditioning in the home furnishing, humidifier, lighting system control. At the same time the S3C44B0X host controller through GPRS module is connected with the user mobile phone, remote control of

8、 home furnishing. And can achieve short message control functions. Key Words：Smart home Zigbee network GPRS network Wireless network目 录ABSTRACTII1.绪论11.1智能家居控制系统的概述。11.2智能家居控制系统的研究背景11.3智能家居控制系统的发展22智能家居控制系统的几种解决方案对比52.1智能家居控制器方案对比52.2智能家居控制系统室内通讯连接方式对比62.3智能家居控制系统外界通讯连接方式对比82.4智能家居控制系统主要解决的问题93智能家居

9、控制系统的硬件设计103.1 CC2530无线模块设计113.1.1 CC2530芯片特点113.1.2 CC2530无线模块原理图123.1.3 CC2530供电电路的设计143.1.4 CC2530协调器串口通讯电路的设计14温度、湿度采样电路设计15光照强度采样电路设计16入侵防盗报警电路17气体检测电路183.3 CC2530控制电路的设计19电路导通控制193.3.2 CC2530窗帘控制电路的设计203.4 ARM控制器硬件设计223.4.1 ARM 44B0X基本特点223.4.2 S3C44B0X最小系统结构233.4.3 S3C44B0X电源模块设计243.4.4 S3C44

10、B0X JTAG口电路253.4.5 S3C44B0X UART接口电路253.5 GPRS模块硬件设计电路263.5.1 MC37i GPRS模块技术特点273.5.2 MC39i GPRS模块SIM卡槽电路283.5.3 MC39i GPRS模块接口电路283.5.4 MC39i GPRS模块指示灯和RS232接口294智能家居控制系统的软件设计334.1 CC2530采样软件设计334.2 CC2530组网设计364.3 串行输入输出口程序设计374.4 GPRS短信收发流程图404.5 S3C440X控制器的控制方式425.总结与展望44参考文献45致 谢461.绪论1.1智能家居控制

11、系统的概述智能家居是使用计算机技术、嵌入式技术、单片机技术，网络通讯技术、综合布线技术等。可以根据每个家庭不同的需求，将与家居生活有关的各个子系统如：安防系统、灯光控制、门窗控制、煤气泄露检测、家电控制、场景转换、家庭背景音乐切换，暖气温度调控等通过各种智能家居控制系统控制器将其连接，形成一个按预定值智能调节室内环境的一体化设备。从而满足人们对于家居环境现代化、智能化家居的要求。面对广大市场的需求，许多企业开始对智能家居控制系统进行设计，如西门子电器、微软、IBM等。极大的推动了智能家居控制系统的发展,同时也体现了智能家居控制系统前景广阔。11.2智能家居控制系统的研究背景随着科学及技术和经济

12、的发展，越来越多的智能化产品是的人们的工作环境越来越轻松。在无线射频技术、微电子技术、无线通讯技术和互联网技术快速发展的时代。越来越多的人认识到物联网时代将会到来。在工作中，人们认识到智能化办公带来的各种方便。也开始希望改变自己身边的环境，尤其是自己天天生活的家居环境，都能拥有智能化的能力。传统的家居环境已经无法满足人们的对生活环境的要求。让家居环境变得更加人性化、智能化、信息化成为未来家居生活的发展方向。使得智能家居控制系统被广泛的关注。智能家居控制系统成为许多企业的新的发展方向。虽然智能家居控制系统相对于许多工业控制系统并不算是复杂，但实际应用中出还是出现很多的问题，也使得智能家居控制系统

13、开始成为许多企业的重要课题。1.3智能家居控制系统的发展智能家居概念的很早就产生了。现在成为智能家居，又称智能住宅，在国外常用Smart Home来表示。1984年，美国联合科技公司第一次将建筑设备信息化、一体化、智能化的概念应用于美国City Place Building，成为了世界上首座“智能化建筑”。20世纪80年代初期，由于大量采用电子技术的家用电器上市，家居产品电子化开始开发展。但是直到80年代中期，才有把家用电器、通信设备与安防设备、报警设备等各自独立的系统统一为一个整体，家居自动化的理念应运而生。在80年代末，通信技术与信息技术开始迅猛发展，从而出现了利用各种总线技术将住宅中的各

14、种通信设备、家用电器、安防设备进行管理、监视和控制一体化的商业办公建筑智能系统。智能家居控制系统在此同时开始被人们所关注。最初的智能商业办公系统虽然能够瞒住人们对家居管理的要求。但高昂的设计成本和布线成本，使得智能商业办公建筑系统并不能被广大的家居用户接受。这也使得许多芯片厂商开始设计新的芯片来满足智能家居控制的需求。2相对于早起开发的智能家居产品，多采用复杂的总线设计（如RS485、RS232）来解决传感器和控制器之间的信息交换的问题，且由于控制器处理速率低，导致了智能家居控制系统采用多控制器将整个系统分散为单个子系统独立运行。同时对于布线往往需要专人对不同环境进行专门设计，施工方面也需要专

15、人进行管理。并且一旦控制系统完成，如果使用中出现问题，后期难以对已有线路进行修改，更新换代需要废弃原来所有的设计。随着科学技术的发展越来越多的新技术开始应用于智能家居控制系统，如电力载波技术、嵌入式系统，红外线、蓝牙、WIFI等有效地解决了智能家居控制系统中的布线难、扩展性能差的问题。极大的改善了智能家居控制系统性能。目前数千万的家庭安装了智能家居控制系统。虽然新的技术已经能结局智能家居控制系统中存在的问题，但由于国家的不同，相同的方案却不一定能实现。企业希望出现一种方案可以成功解决运行环境差异而导致的方案失败问题，同时这个问题也成为智能家居控制系统面临的困难。中国的智能家居控制系统方面起步比

16、较晚，但是由于国内近年建筑行业的快速发展，对于智能家居控制系统的需求大大增加，许多房地产企业开始为自己的建筑选择智能家居设备，已争取更多的客户。同时由于借鉴外国先进的成功和失败的经验，使得我国的智能家居控制系统的技术避免了许多不足的缺陷。中国智能家居研发公司对与国人对智能家居的消费人群和消费习惯的了解，产品上更加适合中国人的消费习惯。使得智能家居系统在国内取得了良好的市场反响。最近科技中国通过了新的物联网标准，也给了中国智能家居行业以新动力。我国在1999年开始对智能化住宅纳入进行试点，第一批共7个试点，分别在南京、上海、长沙、泉州、沈阳、广州等城市，并在2000年12月国家对广州试点小区进行

17、了验收，此小区该系统共计12个子系统：通讯接入网络系统，物业管理，家庭智能，环境管理、可视化对讲、门禁系统等。并由建设部组织专家进行了评审和验收。3也说明了国家对于智能家居行业的重视。大大激发的我国自主研发智能家居控制系统的积极性，在技术上我国对各种智能家居控制系统在国内的应用做了分析。通过进行实际实验，反映出了与国外不同的结论。使我国智能家居生产企业开发出适合中国市场的智能家居产品。最初中国大多数智能家居控制系统属于小区型，整个小区一体化设计，单个家庭安装成套系统很少，所以最初我过智能家居的生产主要是分块设计，现在广泛使用的门禁系统，和智能监控系统技术远远好于其他的温控，灯光控制等系统，随着

18、人们生活水平的提高，人们对安全性的考虑越来越多。使更多人希望采用独立系统，不想和其他的用户共用。来增加系统的安全性，才使得我国智能家居控制系统开始面向独立家庭解决方案。由于嵌入式系统的发展，让智能家居控制系统可以越做越大，但成本也在随之降低。相对于装修费用而言，智能家居控制系统成本已经可以被人们所接受，也让智能家居控制系统在国内需求量大大增加。我国的海尔集团、中兴集团、长虹集团等成立的家庭信息网络联合体。开始定制中国智能家居控制系统的中国化家庭网络标准。也大大推动了家居系统智能化的进程。同时由于近年来各大厂家的大力宣传，也让国内许多民众了解智能家居控制系统的好处，越来越多家庭开始关注智能家居控

19、制系统。在未来几年人们生活节奏将更加快，人们对生活水的要求的提升。从而催生智能家居控制系统的需求量。再加上物联网发展的顺风车上，智能家居控制系统将快速发展。2智能家居控制系统的几种解决方案对比现行市场上的智能家居控制方案虽然很种类繁多。但家居控制系统总体可分为三部分设计的组合方案，即智能家居控制器方案、智能家居室内通讯连接方案和智能家居控制系统外界通讯连接方案。图2.1 智能家居控制系统的组成2.1智能家居控制器方案对比 低速单片机控制器：利用市场上常见的价格低廉的控制芯片（AT89C52，MSP430）。此类控制器具有成本低廉、架构简单、设计成本低的特点。但由于芯片处理速度问题，在处理较大数

20、据流量计算时，数据及时性差。大部分用作具有某一种功能的智能家居产品，更适合于智能家居子系统的开发。例如，环境温度检测控制、火灾智能报警控制、门禁系统等单一功能开发。嵌入式控制器：此类控制器多采用市场上高端的控制芯片（S3C 44B0X，ARM2440X，ARM6410），在linux、wince、android等嵌入式操作系统之下进行开发，其具有极高的处理速度，搭配触摸式控制屏幕，外形相对于51更加美观。对与复杂的智能家庭影音智能控制，语言识别控制系统，智能家居网关控制系统有成熟的解决案。但开发难度大、成本相比51单片机高、同时要求系统设计者对操作系统接口和操作系统核心代码编译需要拥有较高的编

21、程能力。相比51系列的单一系统，更加适合于智能家居主控制器的设计。其运算能力完全能够将各个子系统进行连接成一个整体。新型控制器：此类控制器主要归功与平板电脑和智能手机的快速发展和换代（ipad、iphone、android），由于科技的发展，电子产品更新换代速度提升，在上一代平板电脑或智能手机退休后，许多人并不希望将外形美观的平板电脑或手机丢弃，许多程序高手开始挖掘他们新的潜力，平板电脑和智能手机功能强大，处理速度完全能满足智能家居。而且具有完善的开发平台和详细资料。许多的程序爱好者开始对其编制新程序并在网络共享，让更多人尝试和完善程序。从而成为智能家居主控制器的良好替代品。由于具有时尚的外观

22、、强大的数据处理能力。成为许多最求时尚人士的首选。计算机控制：计算机控制使用量很小，由于其采用计算机为控制单元，必须有一台计算机常年处于开启状态，功耗和陈本均远远高于其他几种控制器，而且编程相对于前几种更为复杂。但其计算能力和信息储存能力非常强。能将现有智能家居控制系统子系统模块连接为整体。目前最大的计算机控制智能家居系统在美国，即微软前CEO比尔盖茨家使用计算机控制方式。2.2智能家居控制系统室内通讯连接方式对比智能家居空中系统内部总线传输可分为两种方式：有线传输和无线传输。下面列举几种总线传输分析。传统RS485、RS232总线型：这种传输方式主要依靠线路传输信号，由于每个家居系统的要求并

23、不相同，在每个自己能家居控制系统中都要经过专业人员对家居情况进行分析，然后一次性完成整个家居环境的通讯线路。加上通讯电缆的投入，成本高，且由于通讯距离有限制，在设计时需要考虑到所有问题。而且线路一次性设计铺设后其扩展能力很差。对于未来的升级功能严重制约，难以满足用户的对智能家居控制系统的要求。4X-10电力载波：电力载波技术是一种依靠电力线路为传输媒介利用载波技术的有线通讯方式，是现在唯一种不用布线就能实现的有线通讯方式，有效地解决了智能家居控制系统中的布线问题，且传输距离很远。同时X-10通讯协议支持255个地址，解决了后期或扩展的问题。但由于X-10的控制机制是在交流市电过零点处叠加幅值为

24、5 V、频率为120 KHz脉冲群的方式传输信号所以对电能质量要求叫较高。在国内电能质量由于未对谐波含量进行规范，一般在市电上会叠加很多谐波，再加上开关器件的频繁动作，会严重影响X-10的传输准确率。同时此类产品的价格很高，虽然在美国等发达国家X-10的智能家居控制系统很多，但国内的发展却受到严重的制约。2红外无线通讯：红外通讯方式是一种常见的点对点通讯方式，硬件电路已经很成熟。具有结构简单、功耗低、低成本、传输速率可达4MB/S。常见的红外传输就是家电遥控器。但红外通讯的距离很短，并且发射器和接收器之间必须可以没有遮挡。没有标准通讯协议。在智能家居控制系统中由于模块和模块直接可能间隔墙壁，所

25、以红外通讯方式已经不能满足智能家居控制系统的需要。4 蓝牙无线通讯：“蓝牙”是一种短距离的无线连接方式。在有效范围内可使各种设备实现无缝连接，并支持点对点，单点对多点的，传输速率在250K以上网络支持7个设备互联，可穿透墙体和其他阻挡，可以成为电缆的替代品。但蓝牙无线模块的功耗相对较高，芯片成本也高，在用电池工作情况下可维持5天左右，而且传输距离为10米。所以并不适合在智能家居控制系统中使用。4WI-FI：是一种高速无线网络通讯模式，支持802.11标准。其传输范围在开放式区域可达300米左右，封闭环境约70米，数据采用高强度加密，安全性很高。能成为智能家居控制系统可行的通讯方案。但是其功耗很

26、高电池只能让WIFI工作数小时。需要留有相应电源。所以并不适合节点传感器的信息采集。4ZigBee无线模块：ZigBee俗称“紫蜂网络”。是一种类似于移动GMS网络的通讯协议，采用2.4GHZ公共频率，支持802.15.4协议，传输程序设计简单，传输数据具有128加密，单个协调器可接受254个节点数据。最多可有65000个节点，扩展能力很强。传输距离在几厘米到几百米之间。具有自组网和网络自愈功能，发射功率很小，用电池供电可使用6个月到两年。其缺点是价格还是很高。但ZigBee成为了智能家居控制系统重要的通讯解决方案。52.3智能家居控制系统外界通讯连接方式对比Internet：控制器直接连接i

27、nternet和上位机通讯，一般有两种方式a.须要一个固定的IP地址，上位机直接通过TCP/IP等通讯协议连接。由于现行IPv4网络静态IP地址价格很高，所以未达到要求不完成通讯。b采用域名转向方式，将自身IP发送给某一个固定域名，下位机上线连接域名，接收主机IP地址，在和主机相连接。此方式编程较为困难，并且连接需要其他服务器支持。GPRS通讯：GPRS是一种基于GSM网络的新型移动分组数据承载业务，覆盖范围很广泛，只要手机有信即可使用。可用于点对点，点对多点连接。既可以使用internet与其相连，又可以使用短信方式给予指令实现远程控制。GPRS资源利用率很高，覆盖范围广泛，通讯速率56kb

28、/s，是国内工业远距离检测和控制数据重要的传输方式。其缺点也显而易见，需要有电信运营的支持才可实现。2.4智能家居控制系统主要解决的问题智能家居控制系统布线。尽量避免采用信号线路连接各子系统。以降低布线设计和线路成本。智能家居控制系统通讯协议应尽量统一。避免在同一个智能家居控制系统中采用多种总线设计。智能家居控制系统的扩展性。要求控制系统具有扩展性，便于更新换代。用户远程管理方式尽量简单化。节点传感器设计应当选择低功耗产品，并且信号具有良好的穿墙功能。智能家居控制器应当具有强大的信息处理能力，能够快速有效地处理系统某一时刻的大量数据。通过上述对智能家居控制系统的分析。确定了智能家居内部由CC2

29、530组建ZigBee无线网络通讯、控制器采用S3C44B0X芯片、外部采用GPRS模块的通讯方式来实现本次智能家居控制系统设计的设计目标。3智能家居控制系统的硬件设计本次智能家居控制系统硬件主要由S3C44B0X主控制器单元，CC2530无线传输模块，和MC39I GPRS三部分组成。本为传感器节点统一基于CC2530最小系统设计。主要含有温湿度、人体接近、灯光控制、和门窗电机控制CC2530采样和控制的节点电路。利用CC2530模块实现各节点信号的无线传输。送到CC2530设计的协调器。CC2530协调器通过一个UART口与S3C44B0X主控制器实现数据交换。S3C44B0通过自身所带有

30、的SIO同步串行口与迪文液晶工业液晶屏连接实现信息显示功能。S3C44B0X控制器可通过UART接口和MC39I GPRS模块连接，并利用MC39I中支持的AT命令来完成对系统的远程控制和远程查看信息功能。达到设计任务书中的设计要求，完成本次设计目的。系统总框图如图3.1所示：图3.1 智能家居控制系统结构框图3.1 CC2530无线模块设计3.1.1 CC2530芯片特点CC2530是TI公司的产品，提供完善的开发工具。CC2530芯片的设计目的是为家庭工业提供一种优良的无线解决方案。所以最大限度的控制了外围的材料成本，同时为家庭和工业无线传感节点提供了优良的解决方案。CC2530 不但集成

31、了高性能RF 收发器，同时将射频电路、ADC转换电路，增强型8051控制单元有机的结合在一起。系统带有内可编程闪存，用户可以对CC2530编程让其实现不同功能并扩展其他电路。7并且变成相对简单，并不需要对硬件很了解即可完成无线节点传感器的开发。CC2530还有多种不同的工作模式可供编程人员选择，考虑了无线的功耗问题，具有低功耗模式，使其具有了优良的低功耗特性。由于集成了8051内核所以本身就可以完成许多简单的控制，功能相对于其他的无线模块更为强大，各种不同的运行模式之间具有很快的切换速度，也大大降低了电能消耗。CC2530系统内部结构图如图3.2、3.2所示。图3.2 CC2530电路板图图3

32、.3 CC2530芯片内部结构3.1.2 CC2530无线模块原理图本次设计CC2350无线发射接收模块借鉴了TI公司为用户提供的芯片说明书中为用户提供的CC2530标准电路，并加强CC2530的天线设计。从而提高了无线信号的质量，使得CC2530模块信号传输的稳定性提升。8CC2530设计有两部分，一个为协调器模块，另一个为无线节点。均采用CC2530最小系统扩展为功能模块。芯片最小系统相同，只是协调器有串口和S3C244B0X通讯，节点则是直接外接传感器。没有串行口电路。最小系统图如图3.4所示。图3. 4 CC2530最小系统原理图由上图可以看出CC2530最小系统虽然只需要一个晶振即可

33、工作。但CC2530有两个晶振接口，分别用于不同的电源管理模式。32KHz晶振用于低功耗模式，而32MHz晶振用于正常模式。当不同模式转换时，应当切换相应晶振。103.1.3 CC2530供电电路的设计CC2350采用两节5号电池供电，LM1117是低压差电压调节器，LM1117可以对电压进行调节，LM1117稳压芯片输出1.25-13.8V范围，并且在负载电流为800mA时为1.2V。LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1%范围内。输出需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性.并可输出1.8、2.5、3.3V等固定电压，价格低廉

34、，稳定性好，完全能够满足CC2350无线模块的需求。电源模块如图3.5所示。图3. 5 CC2530模块供电电路设计3.1.4 CC2530协调器串口通讯电路的设计CC2530内部含有两个UART口，其协调器需要和S3C44B0X通讯，最简单的方式就是利用串行口来发送和接受数据。由于单片机输出的电平均为正逻辑，但标准的RS232串口采用负逻辑，需要一个MAX3232电平转换器，使输出口的电平变为标准RS232电平。将CC2530的P0.2、P0.3口用过寄存器配置成UART接口。再通过RS232和S3C44B0X的103、104引脚相连即可实现串行通讯。如图3.6所示。3.6 CC2530协调

35、器串口电路3.2 温度、湿度、室内亮度等采样电路的设计智能家居内部主要温度，湿度，室内亮度，煤气含量、火灾信号等家居关心的信号的采样电路进行无线节点设计。在保证家居需要的情况下力求简单，与无线传输模块连接后实现远程信息采集并通过CC2530简单节点实现简单的控制功能。这样就解决了智能家居控制系统中布线问题。如果在安装后想增加功能，只需做出简单的程序修改就可解决，这样就可以通过CC2530的自诊断和自愈合功能，解决了用户扩展系统功能的问题。3.2.1温度、湿度采样电路设计SHT11 温湿度传感器含有校准数字信号输出的传感器。它应用先进的工业COMS工技术，确保传感器的稳定性与使用的可靠性。传感器

36、包括一个电容式测量湿度敏感元件和一个测量温度敏感元件，测温精度为0.4，测湿精度为3.0，完全可满足家庭的需求。并集成了一个14 位的A/D 转换器和串行接口电路。因此，该传感器不需要其他外围转换元件，就能够实现对温湿度的测量并直接转化为数字信号，通过串行口就通讯。所以该传感器具有良好的响应速度、抗干扰能力强和很低的功耗。完全可满足家居用户的需求。STH11利用两根信号线即可实现数据的读取。其中SLK用来和为控制器通讯同步，DATA用来读取数据，下图中CC2350的P2.0和P0.5与DATA和SCL相连产生中断完成对温度和湿度数据的采集，并发送给CC2530，进而转发给ARM控制器。如图3.

37、7所示。图3.7 温度传感器电路3.2.2光照强度采样电路设计TPS851是一款超小型表面贴片封装光照度传感器，集成了一个光电二管和电流放大器电路。其灵敏度优于一个光电晶体管。他能良好的反应光照情况。凭借其超紧凑型表面贴装包装，极大地降低的传感器的功耗。1TPS851光敏传感器用于对各个室内进行亮度信号的采集，对于不同的亮度环境S3C44B0X可以做出不同的判断，控制窗帘电机或者电灯通断增加光照强度，使得室内的光照强度适中。如图3.8所示。 图3.8 光敏传感器采样电路图传感器将模拟信号直接传输到CC2530的P0.6引脚，然后利用CC2350自带的ADC转换器对测量数据进行转换，并将数字信号

38、传输给S3C44B0X与设定值相比对。对灯光和窗帘的开度进行调节，使是被维持良好的光照条件。3.2.3入侵防盗报警电路本文利用P2288热释电红外传感器和BIS0001组合成红外入侵检测报警电路。BIS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。它主要用来和热释电红外传感器一起使用，再加上少量外接元器件即可构成被动式人体热释电传感器。BIS0001还能自动快速开启各类各种电器等装置，适用于宾馆、库房、商场及家庭的门窗、走廊等地敏感区域的入侵人员检测和报警系统。图3.9 蜂鸣器电路接S3C44B0X（DEEP脚）图3.10 人体红外接近传感器电路3.2.4气体检测电路可燃气体传感器工作需要一个回

39、路电压和一个加热器电压，通过负载输出接到电压比较器后来确定可燃性气体浓度并输入到CC2530的P0.1引脚，经过CC2350内的14位ADC电路转化为数字信号。传送给S3C44B0X，并将和内部设定值相比较，设置值可用过传感器的识别曲线来设定。如果超过设定值就将DEEP引脚置为高电平。同时将切断家中的用电设备。并通过MC39I发送短信，告知用户家中的情况危险。如图3.11所示。图3.11 可燃性气体传感器电路3.3 CC2530控制电路的设计3.3.1电路导通控制电路导通控制一般采用继电器控制电路，但由于近年来可控硅的小型化更适合于家庭的开关控制，本文采用小型交流固态继电器MOC3061和双向

40、可控硅构成。MOC3061采用了阻燃塑料封装体积小巧，使用简单。MOC3061的1,2脚为输入端，输入是一个砷化镓红外发光二极管。并能在5mA-15mA正向电流作用下导通，发射红外光，触发输出。3、5脚为空脚，4、6为导通角，输出级是一个带有过零检测功能光控双向可控硅的。当家电控制模块受到开机指令后，会在P1.1口产生高电平信号，通过反相器后变为低电平，使砷化镓发光二极管导通发光。从而使继电器内部的双向可控硅导通，即可使控制外部双向可控硅导通实现电路的通断。完成简单的开关功能。如图3.12、3.13所示。图3.12 开关控制电路图3.13 MOC3061引脚图3.3.2 CC2530窗帘控制电

41、路的设计窗帘控制电路采用了H桥型电机驱动电路，H桥形电机驱动电路由一个电机和4个三极管组成的。每个三极管都并联一个续流二级管，防止电压电流突变损坏电动机。电动机运转时，必须要使相对桥臂上的一对三极管导通。由于不同桥臂上的三极管导通产生的电流相反，电流可以由电机左至右或由右至左流过，电机就会产生正向或者反向的转矩。带动窗帘的运动。如图3.14所示：图3.14 H桥驱动电路要使电动机如图3.14当Q1管和Q4管导通时，电流就从正极经Q1从左至右流过电机，然后再经Q4回到负极。此时电流将驱动电机顺时针转动。 图3.15 H桥形电路驱动电动机正向转动如图3.16所示Q2和Q3导通时，电流就从正极经Q1

42、从左至右流过电机，然后再经Q4回到负极。此时电流将驱动电机逆时针转动。 图3.16 H桥驱动电动机反向转动本文原理类似当空值电机的正、反转向，只需该变CC2530的P0.4和P0.5引脚的电平即可完成控制。当CC2530收到开窗帘的命令时，就将对CC2530的P0.4口置为高电平。电机开始正向转动，窗帘开启。反之则将P0.5口置为高电平，窗帘关闭。如图3.17所示。图3.17 窗帘控制电路3.4 ARM控制器硬件设计本文智能家居主控制器采用了S3C44B0X控制芯片，S3C44B0X自带两个UART串行接口，一个和CC2530的协调器相连，另一个和TI35 GPRS模块相连。系统框图如图3.1

43、8所示。图3.18 ARM控制器连接结构框图3.4.1 ARM 44B0X基本特点S3C44B0X是三星集团生产的一种16/32位的RISC结构CPU，性价比高、功能齐全。S3C44B0X以ARM7TDMI核心为基础，采用0.25m CMOS工艺制作。频率最高为66MHz，存储器寻址范围最大为256MB。由于采用了新的SAMBA总线结构，从而扩展了一系列的外围元件，使系统成本及外围器件数目大大降低。由于ARM芯片的外为扩展电路比较多，无法一一介绍，本文只列出本文所需的器件的原理图。3.4.2 S3C44B0X最小系统结构ARM最小系统板包含S3C44B0X芯片和FLASHROM、EEPROM、

44、和DRAM。与51单片机不用的是S3C44B0X，多出一块EEPROM，主要用来存放引导程序信息。与电脑的BIOS芯片类似。由于能力有限，不对S3C44B0X最小系统做详细分析。仅对本次需要的接口电路进行说明。S3C44B0X依然具有两个晶振，于CC2530相同可为低功耗和正常工作提供。本为中的S3C44B0X只是用了很少的引脚，但器主要作用是对数据的处理。并通过判断开启各种节点传感器不同的功能。在整个家居中，并非使用一个或者几个CC2530的传感节点，各个传感节点通过不同的标志位来判断节点的功能和处于的位置。发送和接受的数据量很大，所以使用51单片机虽然能够对一个或者几个CC2530的节点数

45、据进行分析，但却无法满足真个系统的数据流量处理。所以才采用了S3C44B0X。同时也方便扩展触摸式液晶屏幕，如图3.19所示。图3.19 ARM 44B0X最小系统板图3.4.3 S3C44B0X电源模块设计本次主控板用220V交流电源供电，依然采用LM1117稳压芯片电路为S3C44B0X提供高效率的电能。（LM1117简介见上文）如图3.20所示。图3.20 S3C44B0X供电电路（含供电指示灯）3.4.4 S3C44B0X JTAG口电路JTAG(Joint Test Action Group)是国际准测试协议，与IEEE 1149.1相兼容，主要用于芯片内部测试。现在多数的高级逻辑芯

46、片都支持这种通用协议，例如ARM、DSP、FPGA等器件。标准的JTAG接口为4线制：四线为TMS、 TCK、TDI、TDO。定义为模式选择、时钟通道、数据输入通道和数据输出通道。如图3.21所示。 图4.21 JTAG接口电路3.4.5 S3C44B0X UART接口电路UART接口是通用异步串行通信口的英文缩写，串行通信口虽然只用两根数据线就可完成通讯，而并行通讯口传输数据需要8条数据线才能够完成通讯。但是并行通讯口速率却比串口速度低，主要是因为8条数据线在传输时会产生干扰，从而使传输时速率下降。而且当传输的数据某一位出现错误，需要重新传输这8位数据才能完成数据的修改。而串行通讯口只有两条

47、数据线，相对于并行口干扰小的多，传输中某一位错误只需再次传送错误数据位即可。所以效率远远高于并口。S3C44B0X具有两个UART口和一个1个SIO，提供标准串口的所有信号，包含了RS232、RS485等串行通讯的接口标准和总线标准。UART口电路如图3.22所示。图3.22 UART接口电路图3.5 GPRS模块硬件设计电路GPRS又称通用分组无线服务。是一种基于GSM网络的一种移动分组数据服务。MC39I GPRS模块是西门子公司为解决GMS/GPRS通讯提供的模块化硬件解决方案，工作于网络工作频率为GSM 900MHz和1800MHz的GSM网络频段， MC39i设计尽量使其小型化、紧凑

48、化。使其的硬功相当广泛，尤其是应用在小型的化电子产品。但是MC39I模块的功能却很完善，集成了人们能用到的所有GSM/GPRS解决方案。其中包括了基带处理器、电源集成电路以及完整的射频和功率放大电路，并附带了一个天线接口，是用户可用简单的外围扩展电路，即可稳定运行。其物理接口是一个40引脚的ZIF口，可用40芯排线就可引出，包含了控制、数据、音频的数据等硬件接口。并可使用AT命令远程控制，最高波特率达到230Kbps。 MC39I GPRS模块的硬件电路主要分为三部分。接口电路、SIM卡槽电路、可RS232通讯口电路。由于本次只使用简单的GPRS模块功能，所以GPRS模块的电路相对简单。MC3

49、9I外形如图3.23所示。图3.23 MC39I的模块外形图3.5.1 MC37i GPRS模块技术特点u 体积小、重量轻、低功耗u 支持数据、语音、短消息和传真u 支持AT命令集操作u 支持宽幅电压输入3.3 4.8Vu MC39i含有低功耗模式u 工作环境温度-4080Cu MC39I传输速率可达 85.6 kbpsu SIM供电电压接口1.8/3 V u 提供一个标准串行RS232口u 提供一个50天线连接器3.5.2 MC39i GPRS模块SIM卡槽电路SIM卡供电为3V。SIM卡槽一般情况下应当含有8个引脚，但一般只用其中的6个即可工作，用户可根据设计要求做出不同选择。其引脚定义为

50、如图3.24、3.25所示。图3.24 SIM卡槽的接口定义图3.25 SIM卡槽引出线电路3.5.3 MC39i GPRS模块接口电路MC39I有46个引脚，包括了状态显示 电源，通讯等，本文系统并不涉及语音通话，主要功能为短信收发和转化文本。通过AT命令即可完成。只用GPRS模块和SIM卡连接即可实现。有于MC39I是整体的设计思想，所以整个模块将所有的芯片和射频电路均已集成，所以MC39I外围的电路相当简单，非常适合工业用户的无线数据采集。其已经考虑到干扰等因素对芯片表面加装了屏蔽盖。MC39I模块采用 3.3V电压供电，VBATT+接到电源模块。VBATT-接地。引脚24-29脚接SI

51、M卡槽电路，17引脚接工作指示灯，指示GPRS工作状态。如图3.26所示。图3.26 MC39I模块接口电路下图所示只是MC39I的接口形式并不含有任何MC39I的任何内部芯片，故天线并无显示。3.5.4 MC39i GPRS模块指示灯和RS232接口上文中已经对于RS232接口做出了比较详细的说明。指示灯通过MC39I的17脚接出。电路R25为限流电阻。通过控制Q2三极管的导通控制等的明暗变化，达到指示目的模块工作状态的目的。MC39i提供了一个8路，不平衡的，支持DCE信令的异步串行接口。如图3.27所示。图3.27 GPRS接口电路根据MC39I的文档说明，可以从网络指示灯上的闪烁情况来

52、判断MC39I的工作情况。状态指示灯的闪烁情况与工作状态关系见表3-3。表3.5.1状态指示灯闪烁与和工作状态关系表LED运行状态工作状态。OFF模块未启动。64ms ON/ 1s OFF没有SIM卡插入或引脚无输入，网络连接中64ms ON/ 3s OFF完成网络位置登记。64msON/ 300ms OFF正在进行GPRS数据传输。64ms ON/ 1500s OFF移动场景已经激活，但未进行数据传输。4.6 迪文液晶屏幕电路设计迪文液晶屏幕均为串口屏幕，由于上述的CC2530协调器和GPRS已经用了两个UART接口，所以液晶屏幕接在说S3C44B0X上的SIO串行口上。两种均为串行口，指示

53、UART为串行异步通讯口，SIO为串行同步通讯口。均可实现串行数据传输。（S3C44B0X的接口为57和59脚）。迪文工业液晶相比普通的液晶有很大的优势。u 统一的硬件接口，方便升级换代和产品系列化；u 使用简单：只需要电源、地、串口信号输入即可正常工作。u 多种字体、多国语言的文本显示（32MB，60个字库）。u 全屏、区域和图标方式显示（标准128MB、可扩充到1GB存储器，无压缩的图片存储方式）。u 集成触摸屏、键盘、时钟功能，支持触控界面自动切换。 u 针对不同的行业应用需求，及时扩展指令集，比如针对普通单片机的数组排序滤波、多字节乘除法，针对通信行业的频谱、高速曲线显示等。u 使用迪

54、文HMI开发产品，基本上只需要一个简单的单片机通过串口发指令就可以实现“Windows”类似的显示效果，并且触摸屏互动、RTC显示等功能已经由HMI完成，不需要写代码，开发简单，代码可移植性非常好。图3.28 迪文液晶屏幕的接口电路4智能家居控制系统的软件设计一个完整的系统应该包括硬件和软件两部分组成，硬件构成了软件运行环境是骨干是载体，对系统的性能起到了决定性作用。本文主要对数据采集和远程数据传输的软件实现分析，并给出设计思路和各个主模块的软件流程图。本次智能家居控制系统的软件设计分为4部分，从而本次设计要求。TI公司开发的CC2530开发环境软件为IAR Embedded Workbenc

55、h for 8051，该开发环境具有良好的人机界面和智能化的编程方式，11方便对CC2530在线仿真。对于CC2530开发者有很大的帮助。开发环境界面如下图4.1所示：图4.1 CC2530编译软件界面4.1 系统总流程图系统上电后开始执行初始化程序，使所有工作模块进入工作状态，然后节点传感器开始发送加入网络信号等待协调器为其分配网络标号，在成功组建网络后，节点将逐个连接协调器发送节点信息。协调器接受完成后将所有数据编辑成一个完整数据列表发送给S3C44B0X，控制器可以将协调器列表时编成与液晶地址相对应的信息，液晶即可显示，控制器还将编译好的信息改编成短信编码并给MC39I发送发中断。MC39I将编码好的信息进行PUD编码，并将其发送到指定的手机号码。图4.2 智能家居控制系统总流程图4.2 CC2530采样部分软件设计CC2530采样软件设计，温湿度、光照强度为定时采样，到达指定时间后，CC2530定时器中断开启，ADC采样开始工作。将传感器的信号输入到CC2530的ADC采样器中进行转化。转化好的数据直接通过无线传输进入ARM44B0X根据工作模式的不用进行对比分析并做出判断。而人体入侵检测传感器和气体传感器的采用周期较短。处于连续工作状态。保证家居的安全。而控制部分的CC2530节点则一直处于低功耗状态，只有当有网络连接要求时，