智能家居傳感網絡控制器的設計畢業(yè)論文(存儲版)

　　

【正文】 536之間任意值分頻。詳細介紹了控制系統(tǒng)所用的嵌入式微處理器芯片STM32，包括STM32的內核介紹、中斷管理、系統(tǒng)的滴答定時器、電源控制、時鐘、通用和復用功能IO、中斷和事件、模擬/數(shù)字轉換(ADC)、定時器。當按鍵開關按下時單片機RESET引腳直接接到GND，實現(xiàn)低電平按鍵復位。故它不是一個時間器而是一個計數(shù)器。通常情況濾波電容都是一個瓷片電容和一個電解質電容，瓷片電容是過濾低頻雜波，電解質電容是過濾高頻雜波。由于內部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，它基本上不會損壞。圖37 7805典型應用電路 LM1117簡介LM1117是一個低壓差電壓調節(jié)器系列。 LM1117特性 ，節(jié)省空間的SOT223和LLP封裝，電流限制和熱保護功能，輸出電流可達800mA，溫度范圍：0℃125℃。MQ7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。ESP8266在搭載應用并作為設備中唯一的應用處理器時，能夠直接從外接閃存中啟動。CP2102與其他USBUART轉接電路的工作原理類似，通過驅動程序將PC的USB口虛擬成COM口以達到擴展的目的。(8) 支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位停止位2和校驗位。C語言庫函數(shù)豐富，運算速度快，具有良好的可移植性，而且可以實現(xiàn)直接對系統(tǒng)硬件的控制。工程建立好了之后對工程進行設置，點擊工程窗口邊的“Target 1”，然后使用菜單“ProjectOptions for Target 1”點擊“Target”復選框選擇使用晶振的頻率，在“Creat Hex file”對話框前邊打鉤。將固件庫中的啟動文件剪切出來放在Libraries目錄下。ESP8266WiFi模塊可以設置為服務器模式和客戶模式 ,對于智能家居系統(tǒng)的控制中心我們將ESP8266WiFi模塊設置成服務器模式，將其他的傳感器模塊設置成客戶模式，這樣就可以實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的組網，每個傳感器模塊都可以連接服務器的WiFi實現(xiàn)傳感器模塊與智能家居控制中心的通信。 Altium Designer軟件簡介Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows XP操作系統(tǒng)。 Altium Designer軟件界面Altium Designer是以Windows為基礎的PCB設計工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。系統(tǒng)控制電路PCB圖如圖52所示。(6) 為了保證焊接的質量，焊接元件時一定要先固定一個引腳，然后調整元件的位置及高低至合適后，再焊另外的引腳，以免焊歪，因為一旦固定兩個以上引腳，元件的位置就不可動。但因為發(fā)展時間較短，技術手段尚不成熟，我國智能家居建設還存在很多不足，例如智能家居工程技術人員缺乏，管理水平低，行業(yè)規(guī)范與標準制定滯后，智能家居產品的層次和技術含量低，智能化不明顯，精品很少。研究STM32芯片、WiFi模塊的工作原理、socket網絡編程。第5～8周，進行電路原理圖以及PCB的設計，完成各個模塊的電子元件的焊接工作。國內發(fā)展現(xiàn)狀我國的房地產、自動化技術等起步較晚，對智能住宅的研究也剛剛起步，但當引入智能家居的概念之后，智能家居行業(yè)得到了較快的發(fā)展，已經借助智能家居的概念和技術開始推行智能化住宅小區(qū)建設了，智能家居系統(tǒng)正逐步走入普通百姓家庭。接著又是今年國務院鼓勵民間資本投向物聯(lián)網應用。 存在問題我國的房地產、自動化技術等起步較晚，對智能住宅的研究也剛剛起步,發(fā)展時間較短，技術手段尚不成熟，我國智能家居建設還存在很多不足，沒有形成標準,價格也是問題，現(xiàn)在各個廠家的量沒有上去，價格也下不來，渠道建立的不夠完善,使用的門檻高，老人不會使用，調試繁瑣，要培養(yǎng)一批專業(yè)的技術服務人才。包括單片機的控制系統(tǒng)，報警模塊電路、傳感器模塊電路、WiFi模塊電路、繼電器模塊電路的設計。664KB的SRAM存儲器。(3)、低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機模式。(7)、2通道12位D/A轉換器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨有。5個USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調試控制）。啟動模式選擇引腳啟動模式BOOT1BOOT0X0主閃存存儲器01系統(tǒng)存儲器11內置SRAM（3）電源電路A、輸出5VB、（4）時鐘電路A．CPU時鐘電路和RTC時鐘電路（5）、復位電路（低電平有效） ESP8266串口WIFI模塊ESP8266是一個完整且自成體系的WiFi網絡解決方案，能夠獨立運行，也可以作為slave搭載于其他Host運行。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。傳感器模塊電路MQ7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。（1）、STM32F103VET6引腳圖 （2）啟動模式選擇電路STM32F103微控制器不僅可以從Flash存儲器或系統(tǒng)存儲器啟動，還可以從內置SRAM啟動。2個16位基本定時器用于驅動DAC。雙采樣和保持能力。用于CPU時鐘的PLL。單周期乘法和硬件除法。本階段的工作目標是完成基本硬件電路的設計和控制程序的設計。而物聯(lián)網則成為智能家居發(fā)展的一道重要分水嶺，將對智能家居的發(fā)展方向、產業(yè)規(guī)模進行拓展和延伸。 發(fā)展趨勢目前，物聯(lián)網的建設已經上升為國家戰(zhàn)略，作為物聯(lián)網產業(yè)鏈中的重要一環(huán)，智能家居無疑會從中得到不少利處。國外發(fā)展現(xiàn)狀由于國外計算機、嵌入式、通信等技術較國內有明顯優(yōu)勢，與之相配套的智能家居產品也較快的發(fā)展起來，為智能家居行業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的空間，智能家居的理念也得到了人們的普遍認可。針對智能家居系統(tǒng)的設計進行分析，得出設計的優(yōu)點以及存在的問題。從圖可以看出，控制中心與WiFi無線通信模塊的連接是為了實現(xiàn)用戶遠距離對家居的智能控制。監(jiān)控中心功能、家電控制功能等。(3) 元器件的阻值大小，方向一定要對，電阻值要選擇好，注意電解電容、二極管和三極管和蜂鳴器是極性的。圖51 Altium Designer軟件界面 系統(tǒng)主控部分PCB圖啟動Altium Designer軟件之后，對智能家居系統(tǒng)硬件電路進行了原理圖的繪制和PCB圖的設計，其中控制芯片電路的設計包括啟動模式選擇電路、復位電路、CPU時鐘電路和RTC時鐘電路、濾波電路。(2) 印刷電路板設計。將繪制好的PCB進行打樣。包含了stm32中斷函數(shù)和用戶以后要添加的中斷函數(shù)。Project ：包含大量外設的例程和各個軟件版本的工程模板。這時會彈出一個對話框要求你選擇目標設備的型號。匯編語言編譯效率高，但計算能力不強，較大規(guī)模的復雜程序設計困難，且開發(fā)周期長，可讀性及維護性都比較差。(6) SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起。LED2為信號指示燈，RRRR11為限流電阻。上面三個接電壓，下面中間接地，另兩個就是輸出；反過來也行，把下面三個接VCC，上面中間接地。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫()檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫()清洗低溫時吸附的雜散氣體。LM1117系列有LLP、TO26SOT22TO220和TO252 DPAK封裝。(2) 引腳為接地引腳。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7806表示輸出電壓為正6V，7809表示輸出電壓為正9V，7812表示輸出電壓為正12V。3 經過工程師的經驗總結32768 Hz，時鐘最準確。為了確保時鐘長期的準確性，晶振必須正常工作，不能夠收到干擾。相應的啟動模式可通過BOOT[1:0]引腳選擇3種不同的啟動模式。 本章小結本章對整個智能家居系統(tǒng)的功能和總體結構做了一個就具體的表述，其中功能是實現(xiàn)家庭照明系統(tǒng)的控制以及對家居內部一氧化碳的監(jiān)測。根據(jù)在控制寄存器1中斷自動裝載預裝載使能位的設置，預裝載寄存器的內容被立即或在每次的更新事件時傳送到影子寄存器。如下事件發(fā)生時產生中斷：更新，計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化。通過設置寄存器的CAL位啟動校準，CAL位被硬件復位，可以開始正常轉換[13]。規(guī)則組有多大16個轉換組成。它最多18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。如果需要產生事件，必須先配置好并使能事件線。開漏模式時,讀輸入數(shù)據(jù)寄存器可得到最后一次寫的值。弱上拉和下拉電阻被禁止。這時，復用功能就不再映射到它們原始引腳上了。GPIOX_BSRR和GPIOX_BRR寄存器允許對任何GPIO寄存器的讀/更改的獨立訪問，這樣在讀和更改之間產生IRQ時不會發(fā)生危險。為了RTC鬧鐘鬧鐘事件將系統(tǒng)從停止模式下喚醒必須，必須進行如 下操作:配置外部中斷線17為上升沿觸發(fā)并且配置RTC使其可產生RTC鬧鐘事件。RTC可以在不需要依賴外部中斷的情況下喚醒低功耗模式下的微控制器(自動喚醒模式)。(3) 待機模式：調節(jié)器停止供電。使用電池或其他電源連接到腳上，當斷電后，可以保存?zhèn)浞菁拇嫫鞯膬热莺途S持RTC的功能。(5) 為中斷設置搶占優(yōu)先級和亞優(yōu)先級。中斷的懸起狀態(tài)可以通過“中斷設置懸起寄存器(SETPEND)”和“中斷懸起清除寄存器(CLRPEND)”來讀取，也可以手工懸起中斷。亞優(yōu)先級的則處理中斷；當搶占優(yōu)先級相同的異常有不止一個懸起時，就優(yōu)先響應亞優(yōu)先級最高的異常。R15是程序計數(shù)器，因為CM3內部使用了指令流水線，讀PC時返回的值是當前指令的地址+4[12]。也就是說，不是因為有指令總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，而使尋址空間擴大一倍。本文中的控制家居照明系統(tǒng)以及一氧化碳傳感器信息的傳輸都是通過連接WiFi網路進行通信，來達到智能家居系統(tǒng)無線傳輸?shù)囊蟆?智能家居系統(tǒng)的總體結構隨著嵌入式技術應用范圍的不斷擴展，智能家居系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)[11]作為控制中心的核心，利用WiFi技術構建家庭網絡并連接各種家用電器和傳感器。智能家居系統(tǒng)具體實現(xiàn)的功能如下：(1) 家居照明控制系統(tǒng)。在我國智能家居系統(tǒng)的設計目前沒有統(tǒng)一的標準，需要我們依據(jù)用戶的需要和家居環(huán)境進行個性化的設計。第5章 、介紹了PCB制作軟件Altium Designer，用Altium Designer軟件繪制出智能家居控制系統(tǒng)電路的原理圖和PCB圖，并制作出了實物硬件電路，經過測試，電路運行狀態(tài)良好。國內各大軟、硬件機構正在積極的研制、開發(fā)更為符合市場的智能化家居設備，以解決當前智能化產品實用性差、使用復雜及產品價格昂貴等缺點，而技術創(chuàng)新性也逐步向國際先進水平靠攏，這樣的未來值得期待。(2) ehome數(shù)字家園（清華同方），該智能家居控制系統(tǒng)是專門針對中國家庭設計的，遵循國際技術標準，采用嵌入式軟、硬件技術，提供網絡、網絡節(jié)點及末端設備。1999年，建設部勘察設計司、建設部住宅產業(yè)化辦公室聯(lián)合組織實施全國住宅小區(qū)智能化技術示范工程，標志著我國住宅小區(qū)智能化進入了一個新階段[7]。2000年，新加坡有將近30個社區(qū)的約5000用戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國的安裝住戶高達4萬戶。例如網上購物、遠程報警、緊急求助等新功能就是根據(jù)現(xiàn)在社會的發(fā)展和人們日益暴漲的需求而開發(fā)設計的。它能夠自動控制和管理家電設備，對家庭環(huán)境和安全進行監(jiān)控、報警，并且能夠為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環(huán)境[2]。我們很容易的發(fā)現(xiàn)，人們對住房的要求早已不再只是簡單的物質空間，更為關注的是一個高度安全、舒適以及美觀方便的居住環(huán)境，先進的通信設施，完備高效的信息終端，自動、智能的家電，網絡化的資源管理及購物方式等等。當智能家居提供與外界信息交互的通道后，可以實現(xiàn)與外部世界信息溝通，滿足遠程控制。因此研究智能家居控制系統(tǒng)有著重大的現(xiàn)實意義。這套系統(tǒng)的功能較為強大，與其它家居控制系統(tǒng)如ABB、C_BUS等比起來更容易接收，使用也相對簡單。但是由于系統(tǒng)架構、靈活性及產品價格等方面還難以達到要求，所以目前在國內還較少應用。我國的智能家居化相對于國外起步較晚，所以尚未形成一定的國家標準。圍繞智能家居系統(tǒng)的室內電燈的開關和一氧化碳報警功能，本文研究內容包括控制中心設計、家庭網絡的數(shù)據(jù)傳輸、繼電器控制電燈的開關和一氧化碳報警模塊的設計。三是要保證安全性和穩(wěn)定性。一氧化碳的監(jiān)測是智能家居系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測普遍應用的一種，可以將一氧化碳的傳感器放在廚房、客廳、衛(wèi)生間和臥室內監(jiān)測一氧化碳的濃度，當一氧化碳的濃度達到危險的濃度的時候進行報警，防止一氧化碳中毒。(2) 一氧化碳報警功能。在智能家居系統(tǒng)中，用戶可以通過智能家居的上位機或者是手機APP對家居的照明和環(huán)境安全進行控制和監(jiān)測。內部的數(shù)據(jù)路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。SP有兩個，但在同一時刻只能有一個可以看到，就是所謂的“banked”寄存器。當系統(tǒng)正在執(zhí)行一個更高優(yōu)先級的異常服務例程時，低優(yōu)先級的中斷將會被懸起。CM3可以由2240對使能位/除能位，每個中斷有一對。在缺省的情況下使用組0(7位搶占優(yōu)先級，1位亞優(yōu)先級)，STM32中只是用了低四位。為多個任務許以不同數(shù)目的時間片，確保沒有一個任務能霸占系統(tǒng)，或者把每個定時器周期的某個時間范圍內賜予特定的任務等，還有操作系統(tǒng)提供的各種定時功能，需要一個定時器來產生周期性的中斷以維持操作系統(tǒng)“心跳”的節(jié)律[13]。如果應用中沒有使用外部電池必須連接到引腳上。當CPU不需繼續(xù)運行時，可以利用多種低功耗i模式來節(jié)省功耗。(1) (LSE)。RTC用于從停機/待機模式下自動喚醒系統(tǒng)。對于復用輸出功能，端口必須配置成復用功能輸出模式。根據(jù)輸入配置的不同，弱上拉和下拉電阻被連接。在推挽模式時，對輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問得到最后一次寫的值。NVIC特性：16個可編程的優(yōu)先級(使用了4位中斷優(yōu)先級)。通過下面的過程來配置20個線路