cs模型的智能家居电源控制系统硕士毕业论文(编辑修改稿)

cs模型的智能家居电源控制系统硕士毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

家居模型，即把家庭里的一系列设备通过中央电脑来分别控制，比如电源的开关，而中央电脑又可以通过远程计算机发送指令进行相应的操作， 设计方案如图 所示，采用 C/S 模型。 图 的 C/S 模型中 [5]，中央电脑通过容易实现的串口与单片机进行通讯，单片机接收到指令后进行电路的开关操作。 图 项目设计方案 硬件分析 硬件主要由服务端 PC、客户端 PC 和 Philips2103 实验板构成。 选用 LPC2103是因为 LPC2103 是基于一个支持实时仿真的 ARM7TDMIS CPU，并带有 8kB和 32kB 嵌入的高速 Flash 存储器。 由于 LPC2103 非常小的尺寸和极低的功耗，它们非常适合于那些将小型化作为主要要求的应用，多个 UART、 SPI 到 SSP和 2 个 I2C 总线组成的混合串行通信接口和片内 2kB/4kB/8kB 的 SRAM 一起作用，可使得 LPC2103 非常适合用来实现通信网关和协议转换器、数学协处理 器以及足够大空间的缓冲区的强大处理功能。 [6] 软件分析 PC 端软件设计分为客户端 PC 软件和服务端 PC 软件两个模块，客户端 PC发送指令，服务端 PC 接收指令并发送相应的开与关指令给单片机。 本文组织结构 本文首先 介绍总体的系统设计方案，然后分硬件系统的设计、软件系统的设计和单片机软件的设计这三个方面来具体说明。 最后，对整个系统进行测试，并归纳总结全文。 本章小结 本 章 简要地阐述了本论文的课题背景 ，包括国内外智能家居应用于生活的发展程度 和 趋势 、智能家居影响生活的应用 ，提出本论文的 写作 目的和 构成本浙江大学硕士学位论文 第 1 章 绪论 3 论文提出的基于 C/S 模型的智能家居远程控制系统的三个组成部分。 浙江大学硕士学位论文 第 2 章 系统设计方案 4 第 2章 系统 设计方案 智能家居系统总体结构如 图 所示，其中 LPC2103 基于一个支持实时仿真的 ARM7TDMIS CPU，并带有 8kB 和 32kB 嵌入的高速 Flash 存储器。 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。 这可以使得中断服务程序和 DSP 算法中重要功能的性能较 Thumb 模式提高30%。 对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小 [7]。 由于 LPC2103 非常小的尺寸和极低的功耗，它们非常适合于那些将小型化作为主要要求的应用，多个 UART、 SPI 到 SSP 和 2 个 I2C 总线组成的混合串行通信接口和片内 2kB/4kB/8kB 的 SRAM 一起作用，可使得 LPC2103 非常适合用来实现通信网关和协议转换器、数学协处理器以及足够大空间的缓冲区的强大处理功能。 而多个 32 位和 16 位的定时器、一个经改良后的 10 位 ADC、PWM 特性（通过所有定时器上的一个输出匹配来实现）和 32 个快速 GPIO（含有多达 9 个边沿或电平有效的外 部中断管脚）使它们特别适用于工业控制和医疗系统。 互 联 网 L P C 2 1 0 3 家 用 电 器 图 智能家居系统的总体结构 设计流程 系统整体设计流程如图 所示，由硬件电路设计、 PC 端程序设计、单片机程序设计和测试四个部分组成。 其中，硬件电路设计分为 CPU 电路设计、继电器设计、串口设计、电源电路设计和复位电路五个部分构成； PC 端程序设计由客户端 PC 程序和服务端 PC 程序构成；最后进行系统的整体测试。 浙江大学硕士学位论文 第 2 章 系统设计方案 5 硬 件 电 路 设 计C P U 电 路 设 计继 电 器 设 计串 口 设 计电 源 电 路 设 计复 位 电 路 设 计P C 端 程 序 设 计客 户 端 P C 程 序服 务 端 P C 程 序单 片 机 程 序 设 计测 试 图 系统整体设计流程 硬件设计方案 硬件系统主要由 Philips 2103 实验 板 、 PC 电脑 2 台、串口数据线和用电器构成。 Philips 2103 实验板的硬件电路设计如图 所示，由 CPU 电路设计、继电器设计、串口设计、电源电路设计和复位电路设计五部分构成。 浙江大学硕士学位论文 第 2 章 系统设计方案 6 硬 件 电 路 设 计C P U 电 路 设 计继 电 器 设 计串 口 设 计电 源 电 路 设 计复 位 电 路 设 计 图 硬件电路设计 软件设计方案 如图 所示， 软件设计方案主要由客户端 PC 软件 和 服务端 PC 软件 两 个部分构成。 P C 端 程 序 设 计客 户 端 P C 程 序服 务 端 P C 程 序 图 软件设计方案 单片机软件的设计 通过单片机的编码实验单片机对指令的接收与处理，以实现预期的功能目标。 拟解决的关键问题 针对智能家居的特点，要合理地完善计算机客户端与服务端的通讯方 式、出错控制和中央电脑与单片机的通讯方式、人工校验 ， 以保证系统可以可靠、稳定地运行。 浙江大学硕士学位论文 第 2 章 系统设计方案 7 本章小结 本章主要分析了目前智能家居的形势和 提出硬、软件协同设计的思想以达到本项目设计的顺利实现。 根据自己的设计思想，作出硬件、软件分析并在此基础上进行硬件设计、软件设计和测试。 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 8 第 3章 硬件系统 的设计 C/S 模型的智能家居模型，需要硬件系统对从 PC 客户端发来的数据有一个即时的分析和处理，对系统处理的可靠性和即时性很高的要求。 Philips 的LPC2103 芯片被广泛地应用于各嵌入式系统的设计，可以满足本系统的要求。 基于本 项目的软件系统的特征，硬件平台需要需要具备以下功能： [8] ，选用 Philips LPC2103 芯片作为中央处理器。 ，要求一个继电器电路。 ARM 实验板 接 收 数据的需求， 硬件平台必须具备 2 个串行接口。 ，需要一个 5V 的直流电源。 复位电路的设计为硬件系统和软件系统在运行过程中出现的异常情况提供一个可靠、快捷的处理方式。 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 9 CPU 电路设计 图 中央处理器及各针脚定义 如图 所示， 本硬件电路板采用 Philips LPC2103 芯片为中央处理器。 主要特性： 1. 16/32 位 ARM7TDMIS 处理器，极小型 LQFP48 封装。 2. 2kB/4kB/8kB 的片内静态 RAM， 8kB/16kB/32kB 的片内 Flash 程序存储器， 128 位宽的接口 /加速器使其实现了 70MHz 的高速操作。 3. 通过片内 Bootloader 软件实现在 系统 /在应用编程（ ISP/IAP）。 Flash 编程时间： 1ms可编程 256 字节，单个 Flash 扇区擦除或整片擦除只需 400ms。 4. EmbeddedICE RT 通过片内 RealMonitor 软件来提供实时调试。 5. 10 位的 A/D 转换器含有 8 个模拟输入，每个通道的转换时间低至，专用的结果寄存器使中断开销降到最低。 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 10 6. 2 个 32 位的定时器 /外部事件计数器，具有 7 路捕获和 7 路比较通道。 7. 2 个 16 位的定时器 /外部事件计数器，具有 3 路捕获和 7 路比较通 道。 8. 低功耗实时时钟（ RTC），有独立的供电电源和专门的 32kHz 时钟输入。 9. 多个串行接口，包括 2 个 UART（ 16C550）， 2 个快速 I2C 总线（ 400kbits/s）以及带缓冲和可变数据长度功能的 SPI 和 SSP。 10. 向量中断控制器，可配置优先级和向量地址。 11. 多达 32 个可承受 5V 的通用 I/O 口。 12. 高达 13 个边沿或电平有效的外部中断管脚。 13. 通过可编程的片内 PLL[9]（可能的输入频率范围： 10MHz～ 25MHz）可实现最大为 70MHz 的 CPU 时钟频率，设置时间为 100us。 14. 片内集成的振荡器，工作在 1MHz～ 25MHz 的外部晶体下。 15. 节电模式包括空闲模式、 RTC 有效的睡眠模式和掉电模式。 16. 通过外设功能的单独使能 /禁止和调节外设时钟来实现功耗的最优化。 17. 通过外部中断或 RTC 将处理器从掉电模式中唤醒。 LPC2103各针脚的功能如表 1所示： 表 CPU 各针脚定义 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 11 续表 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 12 续表 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 13 续表 浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 14 续表 继电器电路设计 图 继电器电路设计 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “自动开关 ”。 故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 如图 所示电路是 当输入量达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 15 开的电器。 继电器 具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。 广泛应用于 电力 保护、 自动化 、运动、 遥控 、测量和通信 等装置中。 电磁式继电器一般由铁芯、 线圈 、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（ 常开触点 ）吸合。 当 线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（ 常闭触点 ）吸合。 这样吸合、 释放 ，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的 “常开、常闭 ”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状 态的静触点，称为 “常开触点 ”；处于接通状态的静触点称为 “常闭触点 ”。 本系统采用普通额定电压12V， 5 针脚的光敏继电器。 串行接 口设计 图 串口 RS232 电路设计 [10] 如图 所示， 串口 接口电路 采用 SP3222E/3232E 芯片 分别 与串口 1 和串口浙江大学硕士学位论文 第 3 章 硬件系统的设计 16 2 中的 URXD0、 UTXD0、 RXD0、 TXD0 相连 ， 以实现数据的发送与接收。 SP3222E/3232E 系列是 RS232 收发器对便携式或手持式应用如笔记本或 掌上型电脑的一种解决方案。 SP3222E/3232E 系列有一个高效的电荷泵，工作电压为 时只需 电容就可进行操作。 电荷泵允许 SP3222E/3232E 系列在 +到 + 内的某个电压下发送符合 RS232 的信号。 SP3222E/3232E 系列是一个2 驱动器 /2 接收器的器件，适用于便携式或手持式设备（如笔记本或掌上型电脑）。 SP3222E/3232E 器件的 ESD 保护使得驱动器和接收器的管脚可承受177。 15kV人体放电模式和 IEC100042 气隙放电模式。 SP3222E 器件包含一种低功 耗关断模式，该模式下器件的驱动器输出和电荷泵被禁止。 关断状态下，电源电流低于 1μA。 [11] 电源电路设计 图 电源电路设计 如图 所示， 电源 电路 使用 一个 AS1117 芯片 和一个 AS111。