基于物联网的智能教室控制系统的设计

基于物联网的智能教室控制系统的设计内容摘要：

中国被 译为“紫蜂”， 它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线技术。 Zigbee 是 IEEE 协议的代名词。 根据这个协议规定 的技术是一种短 距离、低功耗的无 线通信技术。 9 这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂 (bee)是 靠飞翔和“嗡 嗡” (zig)地抖动翅膀 的“舞蹈 ”来与 同伴传递 花粉所在 方位信 息，也就 是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。 其特点是近距离、低复杂度、自组织、低 功耗、低 数据速 率、低成 本。 主要 适合用 于自动控 制和远程控制领域，可以 嵌入各种设备。 简而言 之， ZigBee 就是一种便宜 的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。 2. CC2430 芯片： CC2430 是一颗真正的 系统芯片 (SoC)CMOS 解决方案。 这种解决方案能够提高性能并满足以 ZigBee 为基础 的 ISM波 段 应 用 ， 及 对 低 成 本 ， 低 功 耗 的 要 求。 它 结 合 一 个 高 性 能 DSSS(直接序 列扩频 )射频收 发器核心 和一颗 工业级小 巧高效 的 8051 控制器。 CC2430 的设计结 合了 8Kbyte 的 RAM 及强大的 外围模块，并且有3 种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间 32， 64 和 128kByte 来优化复杂度与成本的组合。 系统： TinyOS 是 UC Berkeley（ 加州 大 学伯 克 利分 校 ）开 发 的开 放 源代码操作系统，专 为嵌入式无线传感网络设计，该操作系统基于构件（ ponentbased）的 架 构使 得 快速 的更 新 成为 可 能，而这 又 减小 了 受传 感 网络存储器限制的代码长度。 嵌 入 式 终 端 相关 设备 及技术 ARM（ Advanced RISC Machines）是微 处理 器行业 的一 家知名 企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关 技术及软件。 技术具 有性能 高、成本 低和能 耗省的特 点。 其适 用于多 种领域， 比如嵌入控制、消费 /教育类多媒体、 DSP 和移动式应用等。 该 系 统 使用 的 ARM 处 理 器为 P XA270。 英 特 尔公 司 于 2020 年 底 推出 了 性能最 为 强 劲的 P XA27x 系 列 嵌入 式 处理 器 ， PXA27x 系 列 嵌 入 式处 理 器基 于 ARMv5E的 Xscale 核 心 ，最 高 频率 可 达 624MHz。 作 为一 款 性能 极 其强 劲 的嵌 入式 处 理器 ，配 合 嵌 入式 Linux 或 Wince 操 作 系 统， P XA270 理论 上 可以 支 持任 何 媒体 格 式，并通过软件升级，支持未来媒体格式。 ． GPRS 通 信 模块 GPRS 是通用分组无线 服务技术（ General Packet Radio Service)的简称，它是 GSM 移动电话 用户可用的一 种移动数据业务。 GPRS 可以说是GSM 的延续。 GPRS 和 以往 连续在频 道传输的方式 不同，是以封 包（ Packet）式来传输， 因此使用 者所负 担的费用 是以其传 输资料 单位计算 ，并非使用 其 整 个 频道 ， 理 论上 较 为 便宜。 GPRS 的传 输 速 率可 提 升 至 56 甚至114Kbps。 10 在 系 统 中， 我 们使 用 串口 和 GP RS 模块 进 行通 信， 将 我们 的 数据 通 过 GPRS模块发送到用户手机上。 本 课 题 需 要 的其 他硬 件设施 语 音芯片 : SYN6288 中 文语音 合成芯 片是北 京宇音天 下科技有限公司于 2020 年初推出的一 款性价比更高 ，效果更自 然的一款中高端语 音合 成芯 片。 SYN6288 通过 异 步 串 口接 收 待合 成的 文本 ， 实现文本到声音（ TTS ）的转换。 我们最新推出的 SYN6288 语 音 合 成 芯 片 继承 了 OSYNO6188 的优秀特点 ：最 小 SSOP28L 贴 片封 装， 硬 件接 口简 单 ，极 高的 性价 比 ；除此之外 ， SYN6288 文 本识 别更 智能 ， 语音 合成 更 自然 ，语 音合 成 效果 和智能识别效果大幅度提高，是一款面向中高端应用领域的语合成 ④ ④ SYN6288 中高端 语音合成芯 片的诞生， 将推动语音 合成行业 进一步的向前发展。 LM94022⑧ LM94022 是一 种模拟输 出的集 成温度传 感器， 主要应用 于手机 、无线收发器、电池管理、汽车、办公室设备及家用电器等。 该传感器主 要特点包括工作电压低，可在 电压 下工作；工作电压范 围宽 — ～；末 级为推 挽输出 ，有177。 50μ a 输出电 流的能 力；有 四种灵 敏度供用户选择； 测量范 围为 50～ +150℃； 静态电 流低，典 型值为 a；精度： 20～ 40℃为177。 ℃； 70～ 50℃为177。 ℃； 50～ 90℃为177。 ℃；50～ 150℃为177。 ℃；采用小尺寸 so70 封装 LM94022 根据 gs0、 gs1 被 施加的不同电 平有 4 种灵敏 度供用户选择，本文中采用 gs0、 gs1 都接地，由 于输出电压随温 度升高而下降 ，其灵敏度为负值。 此时灵敏度选择的是 ℃。 ⑧ 11 3．湿度传感器 HM1500： HM1500 是美国 Humirel 公司于 2020 年新推出的两种电压输 出式集成 湿度传 感器。 它 是先将侧 面接触 式湿敏电 容与湿度信号调理器 集成在一 个模块 中，再封 装而成的。 由于 集成度高 ，因此不需要外围元件，使用非常方便。 HM1500 具有高可 靠性与长时间 稳定性，在 5VDC 供电时， 0～ 100％ RH 对应输出 1～ 4VDC 线性电压，温 度依赖性非常低。 宽 量程： 0~100%RH，精度 177。 3%RH（ 10~95%RH 范围 ）， 它有抗 静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质等功能。 HM1500 湿度与输出电压对应表 %R H Vout ( V ) %R H Vout ( V ) 0 ~ 55 5 60 10 65 15 70 20 75 25 80 30 85 35 90 40 95 45 100 50 Vout= Vs * ( + * R H ) 硬件环境搭建 整个系统的硬件由基于 ZigBee 技术的无线传 感网络，基 于 ARM 处理器 PXA270 的嵌入式开发 平台和 GPRS 通信模 块三部分组成。 其中嵌入式开发平台作 为核心， 而无线 传感网络 使用基站 点通过 串口与嵌 入式开发平台相连， GPRS 模块也是 通过 串口与嵌 入式平台相连。 它 们的整体构成如图 21 所示。 12 图 35 系统硬件连接示意图 Figure35 hardw are system connection scheme 我们这里只需要将无线传感网络的基站点连接到嵌入式平台的串口 1上，将 GPRS 模块连接到嵌 入式平台的串 口 2 上。 对于无线 传感网络的各个节点，我 们还需要 安装好 相应的传 感器和发 射天线 ，安装好 的基站节点如图 22 所示，其中的 USB 线缆使用来供 电的。 安装好 的传感器节点如图 23 所示，它使用电池进行供电。 图 22 安装好的基站节点 图 23 安装好的传感器节点 对于 GPRS 模块 ， 我们 需要 将 一个 可 以使 用的 GSM 手 机卡 插 入到 相 应的插槽中，然后使用电源线连接电源。 13 第四章 软件平台实现 软 件 开 发 环 境搭 建 建立 Qt 开发环境 [2] 在 PC 机 上 安 装 Ubuntu。 然 后 下 载 并 解 压 交 叉 编 译 链armlinu xgcc4. 4. 3。 从 Qt 官网 下 载 linux 版本的 Qt 开发 框 架， 这 里使 用 4. 7. 2版 本 ， 下载 的 安装 包 文件 为 qteverywhere opensourcesrc4. . tar. gz。 然 后使用 交 叉 编译 链 对 Qt 源码 进行 交 叉编 译 ，最 后 使 用 make install 命令来安装 Qt。 我们再从 Qt 官网 下 载 linu x 版本的 Qt Creator 2. 1， 然后 安 装它 ， 用它 来 进 行 Qt程序的开发。 嵌入式终端软件平台搭建 嵌入式终端软件平台的搭建，包含以下几步。 第一， 烧写 BIOS。 进入到“ EELiod/Jflashmm”目录 下，输入“ tar xzvf Jflash – ” 解 压 Jflash 工 具。 进 入 到“ JflashXbase270” 目录下，输入 “ ./jflashmm boot”下载“”Bootloader。 第二， 烧写 Linux 的 内核。 先在 PC 的 Linux 的根目 录下建立一个“ tftpboot”目录。 把“ EELiod/image”目录下的“ zImage 和”文件复 制到“ tftpboot”目录下。 打开 mini 并且重启目标板 ，按下 数字键 “ 3”选 择第三 个选项， 把内核 映像文件zImage 文件下载到板子上。 第三， 烧 写 文 件系 统。 按 下 数字 键“ 5”选择 选 项 5，把 文 件系 统 的映 像 文件rootfs. img 下载到目标平台上。 软件平台整体 框架 本系统的软件设计及其图形界面实现都是基于 Qt 的。 Qt 是诺基亚开发的一个跨平台的应用程序和 UI 开 发框架。 它提供给应用 程序开发者建。