智能家居电器产品设计正文

1、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： 学 号： 指导老师： 目录 第一章绪论 1 1.1 智能家居及其发展趋势 1 1.2 嵌入式系统与智能家居 2 1.3 智能家居控制系统功能 4 第二章系统设计主要任务 6 2.1 硬件部分 6 2.2 软件部分 6 第三章系统设计方案 7 3.2 硬件总体设计框图 7 第四章系统测试 9 4.1 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

2、设计并实现了其中的智能家电 控制系统。讨论了基于 Windows CE 5.0 嵌入式操作系统，以使用 PXA27C为控制核心的XSBase270嵌入式平台为硬件基础，以 Visual Studio 2005 和 Platform Builder 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

3、 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

4、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。 i 物联网应用课程设计 随着家庭智能化在世界范

5、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 Smart Home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，

6、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 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

7、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In ter net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In ternet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

8、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。 14 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In ternet)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

9、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米集、计量，并将米集结果远 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、 温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。 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

10、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）。 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

11、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

12、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。 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 ARM1（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GSMS信模块的智能家 居系统，硬件结构框图如图3-1所示。 图3-1 RS232-485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

13、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 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。 MAX48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，MAX48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

14、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RTStE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勺RE和DE为 高电平而处于数据发送状态。 第四章系统测试 4.1测试环境 PC 操作系统：Microsoft Win dows XP Profesio nal SP2 软件开发及测试平台： Visual Studio 20

15、05 + XSBase270+ ActiveSy nc4.5嵌入式硬件平台：XSBase270平台 嵌入式操作系统平台：Microsoft Win dows CE 5.0 5.2测试步骤 （1）系统与PC的链接测试 打开电源按钮，启动 Windows CE打开Windows CE的控制面板，如 图4-1所示。新建基于“ COM2端口的网络连接一一“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4-1 Windows CE控制面板 ffir-iJ y|r?|F7| r 跑哼

16、捷LAMXW. F | .、伽p*】在 血面麼 耐连療| ”山isjx jj|事| 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勺扩展板上的USB_SLAV曰，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PC跟 XSBase270 移动设备的合作关系。ActiveSync软件上将显示已同步字样。如图 4-4所示。 图4-4建立文件同步合作关系后的程序界面 (2) 验证家电控制板的可用性 使用标准串口线连接家电控制板与 PC机。使用“串口调试助手” 软件

17、进行对串口的读写操作。往家电控制板输入形如“ 0001 ”的字符 串，观察是否能启动对应的LED同样的，按对应的“传感器”按钮， 观察PC机是否能收到正确的字符串。经过测试，家电控制板能够正 常运行。 第五章总结 通过这次课设，让我懂得了在求学求知的过程中严谨态度的重要 性，只有这样才能学有所成，有所收获。学会了查寻资料和设计方案 的比较，以及设计计算等各环节的掌握。进一步提高分析解决实际问 题的能力，创造了一个动脑动手、独立开展电路实验的机会， 锻炼分 析、解决电子电路或虚拟技术问题的实际本领， 真正实现由课本知识 向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的 了解，增强了我

18、的实际动手能力。 我们须运用多种渠道，去学习研究。并要很好的运用计算机和一 些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。还 有就是提高了自主解决问题的能力。 最后，通过论文的书写核和题的 解决使我自身各方面有了较大的提高。对以前所学的知识点有了更深 一步的认识和加强，发现自己的优缺点在以后的岁月里， 更加孜孜不 倦的努力。 错误！未定义书签 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！

19、未定义书签 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 参考文献: 1 .资料光盘.XSBase270说明书. 2 .傅曦，齐宇.嵌入式系统WindowsCE开发技巧和实践.北京. 化学工业出版社.2004年. 3 .百度百科.http:/ 4 .鲍小南.单片微型计算机原理及应用.浙江大学出版社.2007 年.5.张冬全，谭南林，王雪海，焦凤川.Windows CE实用开发 技术.北京.电子工业出版社.2006年. 6.深圳市亿道电子技术Wn限ow司see实验文档年全国暑假嵌入式师资培 目录 第一章总论 一、项目概述 二、可行性研究报告编制依据和范围 三、项目主要经济技术指标 四、