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基于ARM和ZigBee的无线家居控制系统设计—控制部分

作　者: 丁海峡
导　师: 倪远平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 嵌入式系统 ARM μC/OS-Ⅱ GPRS ZigBee无线传感器网络
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 161次
引　用: 1次
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内容摘要

作为智能家居基础的家庭自动化产品,在高新技术的推动下,正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代,使家庭作为社会信息终端的作用日趋显著。随着生活质量的提高,人们对智能家居产品的普及充满了期待,同时也对可靠性、经济性、以及环保节能等方面提出了更高的要求。论文在昆明北极星数码科技有限公司提出的“现代社区服务平台与智能家电控制系统相结合”来完善现代社区服务平台这一项目为背景下完成(经过多次讨论,由我们实验室来完成项目前期工作的实验和研究)。论文分析了家居控制系统在国内外研究的动态和现状,针对国内智能家居产品存在的问题,始终围绕“可靠、经济、环保”这一主题,以“无线控制”为主线,提出了采用GPRS(远程)和ZigBee无线传感器网络技术(短程)相结合的方式来构建智能家电控制系统,给出了现代社区服务平台与智能家电控制系统构建的总体设计方案和部分实现细节。主要工作包括：针对家庭网络中节能环保的要求,设计了采用ZigBee无线传感器网络来实现对家庭网络单元中各种用电设备的短程控制和状态监测,采用GPRS的短消息功能来实现家电的远程控制和状态监测,详细论述了它们的工作原理和实现过程。以μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统为软件平台,以低功耗、高可靠性的32位ARM微处理器LPC2294作为主控芯片,采用“模块化设计——整体拼装”的思路完成了短信收发、人机界面、ZigBee无线传感器网络、继电器控制等功能模块的硬件设计和软件编写。通过以上控制部分及检测部分(由另外一位同学完成)的设计,在实验室条件下,系统运行正常,控制的成功率达到了98%。实验结果表明,采用该方案搭建的家电控制系统使用方便、控制响应时间短、拓展性好,非常环保和经济。至此,认为“基于ARM和ZigBee的无线家居控制系统”控制部分的设计达到了预期目的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 智能家居和家庭自动化系统  7-8
  1.2 智能家居在国内外的研究动态及现状  8-11
  1.3 研究的主要内容及意义  11-12
第二章家电控制系统的方案比较与选择  12-38
  2.1 家电控制系统的总体设计方案  12
  2.2 控制系统开发平台的建立  12-28
    2.2.1 控制系统硬件开发平台的选择  13-18
      2.2.1.1 ARM简介  14
      2.2.1.2 ARM体系结构  14-15
      2.2.1.3 LPC2294简介  15-16
      2.2.1.4 SmartARM2200开发板接口与资源  16-18
    2.2.2 控制系统软件开发平台的建立  18-28
      2.2.2.1 开发环境的选择  18-19
      2.2.2.2 操作系统的选择  19-22
      2.2.2.3 制定API规范及应用程序编写规范  22
      2.2.2.4 软件模块的编写思路  22-25
      2.2.2.5 驱动程序的编写  25-28
  2.3 家电控制网络实现方式的选择  28-29
  2.4 短程无线通信网络的比较与选择  29-31
  2.5 远程控制方案的比较与选择  31-36
    2.5.1 几种远程控制方法的比较  31-32
    2.5.2 基于GPRS的SMS  32-34
    2.5.3 本系统所使用的AT指令  34
    2.5.4 SMS短消息的编码方式  34-36
  2.6 本章小节  36-38
第三章嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植  38-45
  3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统简介  38
  3.2 μC/OS-Ⅱ文件体系  38-39
  3.3 μC/OS-Ⅱ的移植与测试  39-44
    3.3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统移植的条件  39-40
    3.3.2 μC/OS-Ⅱ的移植  40-43
    3.3.3 μC/OS-Ⅱ的测试  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 MiniGUI for uC/OS-Ⅱ的移植  45-57
  4.1 MiniGUI简介  45-46
  4.2 MiniGUI-STR功能特性  46-47
  4.3 MiniGUI的移植和编译  47-53
    4.3.1 MiniGUI的GAL移植  47
    4.3.2 MiniGUI的IAL移植  47-50
    4.3.3 交叉编译MiniGUI  50-53
  4.4 MiniGUI应用软件的编写  53-56
    4.4.1 窗口过程函数的编写  53
    4.4.2 对话框应用编程  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章社区服务平台与家电控制系统的设计与实现  57-78
  5.1 社区服务平台与家电控制系统的总体结构  57-59
  5.2 GPRS通信模块的设计  59-67
    5.2.1 GPRS通信模块简介  59-60
    5.2.2 GPRS模块设置及与ARM的硬件连接  60-61
      5.2.2.1 GPRS模块通过Internet网接入社区服务平台  60-61
      5.2.2.2 以短信的方式控制家电时硬件连接及设置  61
    5.2.3 软件整体结构及驱动程序编写  61-67
      5.2.3.1 通过Internet网接入社区服务平台软件的编写  61-64
      5.2.3.2 以短信的方式控制家电时软件的编写  64-67
  5.3 基于ZigBee协议的无线通信模块的设计  67-77
    5.3.1 ZigBee无线通信的特点  67-68
    5.3.2 无线通信芯片的选择  68-70
    5.3.3 ZigBee无线通信模块的电路设计  70-72
    5.3.4 ZigBee无线通信模块的软件设计  72-77
  5.4 电器控制模块的设计  77
  5.5 本章小结  77-78
第六章总结与展望  78-80
  6.1 全文的工作总结  78
  6.2 问题与展望  78-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文  85

基于ARM和ZigBee的无线家居控制系统设计—控制部分

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