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基于CAN总线的智能家居网关设计和实现

2020-11-23阅读(240)

基于CAN总线的智能家居网关设计和实现

论文摘要

本文详细分析了目前智能家居控制系统的现状和目前所采取方案的优缺点，采用基于CAN总线的智能家居网关集中控制方案，该方案通过引入智能家居接口单元模块，有效的隔离被控对象的多样性，减小系统的复杂性；通过键盘控制、遥控方式从智能家居网关分离，提高智能家居网关的可靠性；智能家居内部网络选用CAN总线，降低智能家居系统的成本，满足系统的可扩展性，并根据CAN总线的多主特性，可以实现被控对象的即插即用功能。智能家居网关硬件设计采用ARM7系列CPU S3C44BOX，硬件集成以太网驱动器和CAN总线驱动器，借鉴以太网供电，整个智能家居系统使用集中供电方案，并从调试和使用角度考虑，添加了调试电路、温度检测和闹钟功能。智能家居网关软件设计采用分层设计思想，将智能家居网关的软件实现分成三部分：操作系统、底层驱动、高层应用。根据分层原则成功的移植了μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统和TCP／IP协议栈，并根据实际情况进行了裁减，封装成API函数，便于调用；将底层硬件的控制封装成驱动程序，可以屏蔽底层硬件的不同，方便移植；通过在智能家居网关使用UDP协议，细化了从UDP协议到CAN总线协议的转换原则，实现由PC机上的智能家居监控软件直接访问和控制智能家居控制网关。通过采用定制的智能家居接口单元和PC机智能家居控制软件，验证了智能家居网关和整个智能家居系统方案的可行性。试验表明：本方案具有性能好、可靠性高、低成本的特点。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 数字家庭与智能家居概述
  • 1.2 智能家居系统概述
  • 1.3 课题相关技术的国内外现状及其发展
  • 1.4 本课题研究的意义
  • 1.5 本文的主要工作
  • 2 智能家居系统总体框架设计
  • 2.1 数字家庭系统的构成部分
  • 2.2 智能家居系统分析
  • 2.3 智能家居系统控制方式
  • 2.4 本文提供的智能家居系统整体方案
  • 2.4.1 被控家居接口方案选择
  • 2.4.2 智能家居控制网关方案选择
  • 2.4.3 内部底层总线和协议选择
  • 2.4.4 智能家居系统方案总结
  • 2.5 智能家居网关的硬件构架
  • 2.6 智能家居网关操作系统选用分析
  • 2.6.1 智能家居网关软件分析
  • 2.6.2 嵌入式操作系统选择
  • 2.7 本章小结
  • 3 智能家居网关的硬件实现
  • 3.1 智能家居网关的CPU选型
  • 3.2 智能家居网关硬件的总体构架
  • 3.3 存储器部分设计
  • 3.3.1 FLASH部分设计
  • 3.3.2 SDRAM部分设计
  • 3.4 10M/100M以太网接口电路
  • 3.4.1 RTL8019AS芯片主要性能
  • 3.4.2 以太网接口电路设计
  • 3.5 CAN总线接口设计
  • 3.5.1 CAN总线介绍
  • 3.5.2 CAN总线接口设计
  • 3.6 串行接口电路设计
  • 3.7 复位电路设计
  • 3.8 供电系统的设计
  • 3.9 辅助测试部分以及实时时钟、测温功能的设计
  • 3.10 智能家居网关PCB的设计
  • 3.11 本章小结
  • 4 智能家居网关的软件实现
  • 4.1 智能家居总体软件实现分析
  • 4.1.1 智能家居网关软件构架分析
  • 4.1.2 智能家居网关启动流程
  • 4.2 智能家居网关操作系统的移植
  • 4.2.1 μC/OS-II实时操作系统的介绍
  • 4.2.2 μC/OS-II实时操作系统的移植
  • 4.2.2.1 与处理器无关的代码的移植
  • 4.2.2.2 与处理器相关的代码的移植
  • 4.2.2.3 与应用相关的代码的移植
  • 4.2.2.4 μC/OS-II操作系统初始化
  • 4.2.3 μC/OS-II操作系统的多任务操作
  • 4.3 以太网和CAN总线驱动设计
  • 4.3.1 以太网驱动实现
  • 4.3.2 CAN总线驱动实现
  • 4.4 TCP/IP协议栈的实现
  • 4.4.1 TCP/IP协议介绍
  • 4.4.2 TCP/IP协议栈的实现
  • 4.4.2.1 网络接口层
  • 4.4.2.2 ARP协议的实现
  • 4.4.2.3 IP协议的实现
  • 4.4.2.4 ICMP协议的实现
  • 4.4.2.5 UDP协议的实现
  • 4.4.3 高层应用
  • 4.5 以太网协议到CAN总线协议的转换
  • 4.6 智能家居的即插即用实现
  • 4.7 本章小结
  • 5 智能家居系统的实际测试
  • 5.1 嵌入式硬件功能调试
  • 5.1.1 ARM调试环境介绍
  • 5.1.2 目标系统上JTAG仿真头的定义
  • 5.1.3 集成开发环境介绍
  • 5.1.4 单板联调过程
  • 5.2 智能家居控制试验
  • 5.3 智能家居控制软件的试验和实现
  • 5.4 本章小结
  • 6 展望与总结
  • 6.1 论文总结
  • 6.2 论文展望
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间完成的学术论文
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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