嵌入式智能家居控制器研究及家居网络开发

论文摘要

随着智能化向家电业的渗透、信息化的高度发展,家居智能化的需求大为增加,并最终促成了智能家居的诞生和不断完善。智能家居控制主要通过家居控制器实现,智能家居控制器包括主控制器和各从属控制模块。主控制器连接以太网和各从属控制模块;各个控制模块采集家居环境数据和控制终端设备。通过对现有的几种家居控制方案的分析,在不影响系统功能的前提下,提出了基于RS485总线的家居控制系统的设计。该系统设计了一个单独的控制器接入以太网,不用再依附于家用电脑;利用RS485总线组网,连接从属控制模块;使用标准通信协议。这样使系统便于推广,结构简单,开发周期缩短。大部分家电控制器的设计主要是面向现售家电的滞后设计,不仅增加了控制难度,也给用户带来了麻烦。针对于此,本课题提出了一种面向家电生产厂家,生产时将控制模块嵌入家电中,只预留接口的、低成本、低功耗、标准化的家电控制模块设计方案。本课题主要完成了主控制器和各控制模块的硬件设计以及组建家庭网络,实现了模拟控制空调、热水器等家用电器的运行模式和安防监控等.主控制器采用32位ARMLPC2368作为核心处理单元,其外围电路包括使用MAX3088组成的RS485总线驱动电路,利用LPC2368内部集成的网络控制器辅以物理层芯片DM9161组成的以太网电路等。家电控制模块以AT89C2051为核心,包括RS485电路、继电器驱动电路等组成。安防监控模块以AT89S52为核心,包括RS485电路、由摄像传感器OV7141组成图像采集电路等。通过RS485总线将各模块同主控制器相连组成家庭内部通信网。为保证终端接入模块和主控制器的无冲突数据传输,家庭内部通信网络使用了基于RS485总线的、完善的Modbus通信协议。设计了各个模块的软件,给出了软件流程图通信协议的帧结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 2 嵌入式家居系统方案组成
• 2.1 需求分析
• 2.2 嵌入式家居控制系统方案
• 2.2.1 智能家居控制器方案
• 2.2.2 家居网络拓扑方案
• 2.2.3 家居网络连接方案
• 2.3 系统组成
• 3 智能家居控制器硬件设计
• 3.1 主控制器硬件设计
• 3.1.1 主控制器芯片的选择
• 3.1.2 基本外围电路设计
• 3.2 家电控制模块的设计
• 3.2.1 家电的控制原理
• 3.2.2 家电控制电路设计
• 3.3 安防监控模块设计
• 3.3.1 电路设计
• 3.3.2 图像采集过程
• 3.3.3 图像传输
• 4 智能家居系统软件设计
• 4.1 Modbus通信协议
• 4.1.1 Modbus协议简介
• 4.1.2 Modbus网络通信模式
• 4.1.3 Modbus的消息帧
• 4.1.4 Modbus的功能码
• 4.2 串口帧定义
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 主控制器程序设计
• 4.3.2 家电控制模块程序设计
• 4.3.3 安防监控模块程序设计
• 4.4 软件调试仿真
• 5 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A 主控制器原理图
• 附录B 家电控制模块原理图
• 附录C 安防监控模块原理图
• 附录D 系统硬件实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢