1、浙江大学硕士学位论文 摘要i基于 C/S 模型的智能家居网络控制系统浙江大学硕士学位论文 摘要ii摘要几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念，住宅智能化是智能家居的先导，智能家居是住宅智能化的核心。智能家居是利用计算机、通讯与网络、自动控制、IC 卡技术，通过有效的传输网 络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成， 为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境” 。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
2、等功能。低功率和高性能 CPU 的发展，为开发智能家居提供了 现实可能性。其内部构成包括嵌入式处理器、相关支持硬件、嵌入式操作系统以及应用层的软件包等。针对 智能家居需求，本文设计并实现了智能家居中的控制系统。采用 计算机网络控制方式，结合了基于 ARM 的嵌入式系统 、单片机系统、计算机网络、WIN32 编程等技术，实现了对开关型家电的控制。本文的智能家居控制系统设计方案是：以 Philips LPC2103 实验板为硬件平台，建立了嵌入式系统开发环 境，移植了 uc/os 内核；开发的应用软件分为单片机子系统、 PC 客 户端和 PC 服务端三个模块。最 终完成相关软硬件设计、调试，经测试
3、，完全 实现预期功能。最后提出系统改进的方案和措施。在硬件方面着手于 Philips LPC2103 芯片的数据手册，通过对其针脚的定义，进行相关电路的设计，实现 了单片机串口的通讯、 电脑 数据的接收和处理、 继电器电路的开关和复位电路的实现。在软件方面，在 Delphi 2007 中实现了 PC 服务端和客户端的数据收发和处理，并使服务端在接收到特定字符后发送相应的指令到串口。基于 LPC 2103 的智能家居远程控制系统提供了一种对家庭普通家用电器进行远程控制的新思路，是嵌入式的一项有效的尝试和应用。关键词：LPC 2103，Indy 10，智能家居， 远程控制浙江大学硕士学位论文 Ab
4、stractiiiAbstractA few years ago a number of economically developed countries put forward the “smart house“ concept; domestic intelligence is a leader in smart home, intelligent home, the domestic intelligence core. Smart Home is the use of computer, communications and networks, self-control, IC car
5、d technology, through an effective transport network, multi-information services and management, property management and security, home intelligent system integration for the residential district of high-tech services and management intelligent tools in order to achieve fast and efficient value for
6、money services and management, providing a safe and comfortable home environment. “ With computer technology, communication technology and embedded system development, intelligent home is getting into peoples lives. A typical modern smart home security systems, home appliance control, remote meter r
7、eading and information services functions. Low-power and high-performance CPU development, for the development of intelligent home offers a real possibility. Its internal composition, including embedded processors, related support hardware, embedded operating system and application layer software pa
8、ckages and so on. In response to this phenomenon, this paper designed and implemented one of the intelligent home control system. Control method using a computer network, combined with ARM-based embedded system, microcontroller systems, computer networks, WIN32 programming techniques to realize the
9、switching-type appliance control. This article system through a combination of software and hardware in order to experiment board for the Philips 2103 hardware platform, the establishment of the embedded system development environment, transplantation of uc / os-core; 浙江大学硕士学位论文 Abstractivdeveloped
10、application software, is divided into microcontroller subsystem, PC client and PC server-side three modules. Finalization of the relevant hardware and software design, debug, tested, fully achieve the desired functionality. Concludes with system improvements, programs and measures. On the hardware s
11、ide to precede on the Philips LPC2103 datasheet, through its pin definition of the related circuit design, implementation of the microcontroller serial port communication, computer data reception and processing circuit relay switch and reset circuit implementation. On the software side, in the Delph
12、i 2007 to achieve a PC server and client for data transmission and processing, to enable the service to a specific character on the receiving end, after sending the appropriate commands to the serial port. LPC 2103-based Remote Control System for Smart Home provides a family for common household app
13、liances for remote control of new ideas is an effective attempt to embed and applications. Key Words: LPC 2103, Indy 10, smart homes, remote control 浙江大学硕士学位论文 目录I目录摘要 .iAbstract.ii图目录 .III表目录.1第 1 章 绪论.11.1 课题背景.11.2 本文研究的内容.11.3 项目软硬件分析.11.3.1 硬件分析.21.3.2 软件分析.21.4 本文组织结构.21.5 本章小结.2第 2 章 系统设计方案.4
14、2.1 设计流程.42.2 硬件设计方案.52.3 软件设计方案.62.4 单片机软件的设计.62.5 拟解决的关键问题.62.6 本章小结.7第 3 章 硬件系统的设计.83.1 CPU 电路设计 .93.2 继电器电路设计.143.3 串行接口设计.153.4 电源电路设计.163.5 复位电路设计.17浙江大学硕士学位论文 目录II3.6 本章小结.17第 4 章 软件系统的设计.194.1 软件功能分析.194.2 软件设计流程.194.3 PC 端远程控制软件 .194.4 PC 机服务端接收软件 .224.5 本章小结.26第 5 章 单片机软件设计.275.1 单片机软件功能分析
15、.275.2 软件设计流程.285.3 单片机指令接收与处理.295.4 本章小结.34第 6 章 测试.366.1 测试方案的设计.366.2 测试流程设计.366.2.1 硬件测试.366.2.2 软件设计合理性测试.376.2.3 系统设计的合理性测试.396.3 本章小结.39第 7 章 总结.40浙江大学硕士学位论文 图目录III图目录图 1.1 项目设计方案 .2图 2.1 智能家居系统的总体结构 .4图 2.2 系统整体设计流程 .5图 2.3 硬件电路设计 .6图 2.4 软件设计方案 .6图 3.1 中央处理器及各针脚定义 .9图 3.2 继电器电路设计 .14图 3.3 串
16、口 RS232 电路设计 .15图 3.4 电源电路设计 .16图 3.5 复位电路设计 .17图 4.1 软件功能模块图 .19图 4.2 Delphi2007 中的 Indy 10 插件 .19图 4.3 PC 机客户端操作界面 .20图 4.4 服务端 PC 数据接收、处理过程 .23图 4.5 PC 机服务端接收界面 .24图 5.1 单片机数据接收、处理流程 .28图 6.1 硬件测试模块 .37浙江大学硕士学位论文 表目录IV表目录表 3.1 CPU 各针脚定义 .10浙江大学硕士学位论文 第 1 章 绪论1章 1 章 绪论1.1 课题背景目前，一些经济比较发达的国家提出了“智能住
17、宅”的概念，住宅智能化是智能家居先导，智能家居是住宅智能化的核心。最近国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念，即：“住宅小区智能化是利用 4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC 卡)技术 1，通过有效的 传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系 统集成， 为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期 实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境” 。 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。 2低功率和高性能 CPU 的发展，为开发
18、 智能家居提供了现实可能性。其内部构成包括嵌入式处理器、相关支持硬件、嵌入式操作系统以及应用层的软件包等。国内的数码屋，在这方面走得比较领先，可以 实现 6 项基本功能，包括家庭安全防范、照明系统控制、环境控制、家 电控制、智能化控制、多种途径控制，可以通过手机短信或 GPRS3功能实验对家用电器的 远程控制，智能家居以嵌入式系统的形式走入了我们的生活。根据国内的智能家居的发展趋势，完成本课题的研究。1.2 本文研究的内容本文设计并实现了其中的智能家电控制系统。采用计算机网络控制方式，结合了基于 ARM 的嵌入式系统、 单片机系统、计算机网 络、WIN32 编程等技术，实现了对开关型家电的控制
19、。系统以 Philips 2103 实验板为硬件平台，建立了嵌入式系统开发环境，移植了 uc/os 内核；开发了应用 软件，分为、单片机子系统、PC 客户 端和 PC 服务端三个模块。最终完成相关软 硬件设计、调试，经测试，完全实现预期功能。最后提出系 统改进的方案和措施。 4浙江大学硕士学位论文 第 1 章 绪论21.3 项目软硬件分析本文通过客户端 PC 与服 务端 PC 进行通讯，通过客户端 PC 发送指令，经过服务端 PC 的接收与处 理，再用串口发送给单片机，单片机接收到指令进行相应的操作，如断电操作等。针对智能家居， 总结出一个 简单易操作的智能家居模型，即把家庭里的一系列设备 通
20、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 1.2 所示，采用 C/S 模型。图 1.2 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 1.1 项目设计方案1.3.1 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 ARM7TDMI-S 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，
21、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。 61.3.2 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。1.4 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。
