基于嵌入式的无线智能家居控制装置

时间:2009-12-17

  0 引 言

  随着科学技术的迅速发展,住宅智能化是人类住宅的一场新的革命,现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境,更加轻松、有序、高效的现代生活方式,作为一个理想的目标来永恒的追求。目前,智能产业在世界各地已经迅速发展,在不久的将来,没有智能家居系统的住宅将会象当今不能上网的住宅那样不合潮流。因此,家居智能化将是大势所趋。在这样的背景下,一套便捷,稳定的智能家居控制装置便必不可少,本文对智能家居控制装置的实现进行了深入的研究。

  1 工作原理

  装置工作原理如图1所示,分为远程控制模块、主控制器、从控制器和控制电路四大部分。远程计算机和手机分别通过Internet网络和GPRS网络与具有Windows CE平台的主控制器相连接进行通信。主控制器和从控制器通过串口分别与蓝牙模块相连接,通过蓝牙传输进行通信。从控制器直接与控制电路相连接,通过控制电路对家用电器进行控制。

  2 远程控制模块

  2.1 PC软件控制

  PC端软件采用Visual C++编写,软件界面如图2所示,可以分别对家中的四盏灯进行控制,分别为卧室、厨房、卫生间和客厅的灯进行控制。

  2.2 手机GPRS远程控制

  本装置远程控制也可以通过手机GPRS网络与主控制器相连接进行通信。GPRS模块选用上海精致科技有限公司的无线数据终端NW18,主要实现基于GPRS网络的用户数据透明传输。无线数据终端NW18本身内嵌TCP/IP协议,与主控制器通过串口连接,使用起来简单方便、稳定可靠,其实物图如图3所示。

  3 主控制器部分

  3.1 主控制器硬件结构

  主控制器选QT2410开发板,其芯片为SUMSUNG公司的S3C2410芯片。系统资源CPU:S3C2410(ARM920T),RAM:2片32M Byte SDRAM,ROM:一片64M Byte NAND Flash,系统时钟:12MHz,RTC时钟:32.576MHz,内核工作电压:1.8V,工作频率:203MHz,两个串行通信接口UART0,UART1。UART0连接GPRS模块,UART1连接蓝牙模块,从而起到了连接远程控制端和从控制器的功能。其实物如图4所示。

  3.2 主控制器软件结构

  主控制器拥有Windows CE操作系统,故主控制器软件采用embedded C++工具进行编写,实现如下三个功能。主要流程图如图5所示,软件界面如图6所示。



  1)建立Socket并监视是否有远程数据,若符合自定义的通信协议则将其传输给从控制器。

  2)打开串口,监视是否有GPRS传输的数据,若符合自定义的通信协议则将其传输给从控制器。

  3)若有按键按下,处理相应时间,并将消息传送至从控制器。

  4 从控制器部分

  4.1 从控制器硬件

  本系统采用周立功的EasyARM2131开发实验板。其CPU是PHILIPS公司的单片32位ARM微控制器LPC2134,它是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU,含有128kB的FLASH存储器系统,该存储器用作代码和数据的存储。LPC2134拥有两个异步串行口UART0和UART1和两个32位的通用I/O口。本装置主要使用到的是串口1和I/O口:P1.18,P1.19,P1.20和P1.21。

  串口1与蓝牙模块相连接,接受主控制器发送来的命令。I/O口分别连接控制电路的厨房灯,卧室灯,卫生间灯,客厅灯的输入接口。

  4.2 从控制器软件部分

  由于本装置采用了四盏灯模拟家中的各种电器,所以软件的主要作用是接收主控制器的命令,并将其进行解析,将相应的命令根据通信协议转化为相应的控制信号,接入控制电路从而控制相应的电器。软件主要流程如图7所示。

  5 控制电路

  控制电路利用ARM7输出信号作为使能信号,通过继电器电路实现低压直流对高压交流电路的控制功能。ARM7输出信号VOUTi为3.3V,电路部分采用“汇科HRS1H-S-DC5V”作为继电器,该继电器使能端要求电压为2.4V,输出端承载为“220VAC/3A”或者“24VDC/3A”。继电器输入端利用三极管9014设计驱动及保护电路,三极管发射极与继电器输入端子相连。电路原理如图8所示,将ARM7平台输出信号VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4,作为后向电路的输入控制信号:在图X中,当VOUT1信号为低电平时,三极管9014断开,三极管发射极零电压即Vo=0,继电器线圈未工作,继电器输出端断路,高压电路断开;反之,VOUT1信号为高电平时,三极管9014导通,三极管发射极电压为:电源电压Vcc与三极管压降Vd差值,即Vo=Vcc-Vd,继电器线圈工作,继电器输出端导通,高压电路工作。在测试与演示过程中,高压部分仅以15VDC作为测试电路,实物图如图9所示。



  然而在实际应用中,可以根据使用环境和要求不同,将线圈继电器更换为光电耦合继电器或者各类功率继电器,以适应用户的使用需求。

  6 结束语

  本次设计达到了预期的效果,实现了远程PC软件,手机和本地控制家用电器(四盏灯模拟)的功能。本套基于嵌入式的无线智能家居控制装置具有良好的应用性,利用远程电脑,手机等终端设备我们就可以随时随地的控制家中的任意电器,如果在控制功能上能有所增强和突破,必然有相当好的应用前景。


  

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.
[2]. ROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.


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