圖3 節(jié)點處理機硬件結(jié)構(gòu)圖
2.1.1 顯示接口的實現(xiàn)
在該顯示系統(tǒng)的硬件電路中,S3C2410與LCD模塊的連接是關(guān)鍵。S3C2410內(nèi)部自帶一個LCD驅(qū)動控制器(STN&TFT),可以支持規(guī)格為每像素2位(4級灰度)或每像素4位(16級灰度)的黑白LCD。也可以支持每像素8位(256級顏色)的彩色LCD屏。通過編程可以支持不同LCD屏的要求[3]。本系統(tǒng)除了顯示用戶水、電、媒氣的用量,還要顯示時間和室
內(nèi)攝像的圖像。因此,選用夏普公司生產(chǎn)的圖形點陣256色STN液晶模塊LM057QC1T01,它的分辨率為320×240,由于它具有接口簡單、工作穩(wěn)定和便于操作等特點,在嵌入式系統(tǒng)有比較廣泛的應用。LM057QC1T01要求其電源電壓VDD為5 V,并且LCD數(shù)據(jù)和控制信號的高電平輸入電壓VIH在3.8~5.25 V范圍內(nèi),低電平輸入電壓價則在0~1.5 V范圍內(nèi),故可以直接與S3C44B0X0相連,而液晶顯示所需的偏轉(zhuǎn)電壓(27 V)可由外電路接入到VEE(第7管腳),其電路圖如圖4所示[4]。
圖4 S3C2410與LM057QC1T01連接圖
2.1.2 網(wǎng)絡通信接口的實現(xiàn)
對于以太網(wǎng)接口,S3C2410內(nèi)嵌了兩個以太網(wǎng)控制器,在全雙工模式下支持IEEE 802.3 MAC控制層協(xié)議,但未提供物理層接口,需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。本系統(tǒng)中選用DM9161作為物理層芯片,由于信號定義很明確,連接比較簡單。信號的發(fā)送和接收應通過網(wǎng)絡隔離變壓器和網(wǎng)絡水晶接頭RJ 45接口接入以太網(wǎng)。DM9161是高集成度、低功耗的100Base_TX和10Base_T物理層收發(fā)芯片,只需要連接很少外圍元件就可以實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的物理層收發(fā),提供完全IEEE 802.3u中定義的100Base_TX所有的物理層功能。使用非屏蔽雙絞線(UTP5/UTP3)作為傳輸媒質(zhì),為MAC層設備提供MII。MII是IEEE 802.3u標準(Clause 22)中定義的接口規(guī)范。其目的是提供一個簡單的、易于實現(xiàn)的MAC子層和物理層的接口。MII接口使得不同的傳輸媒質(zhì)和物理層接口模塊可以通過統(tǒng)一的接口與MAC子層進行數(shù)據(jù)交互[5]。
2.2 系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)[6],Linux內(nèi)核是一種源碼開放的操作系統(tǒng),采用模塊化的設計。在此只保留了必需的功能模塊,刪除了冗余的功能模塊,并對內(nèi)核重新編譯,從而使系統(tǒng)運行所需的硬件資源顯著減少。最重要的一點是,Linux自誕生之日起就與網(wǎng)絡密不可分,Linux系統(tǒng)內(nèi)核集成了大量的網(wǎng)絡應用程序,支持全部的標準因特網(wǎng)協(xié)議和幾乎所有的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這使Linux很適合基于網(wǎng)絡的應用開發(fā),用戶編寫的程序代碼可以直接建立在這些網(wǎng)絡應用程序的基礎之上,從而大大縮短開發(fā)周期。因此將其應用于智能家居控制器的設計,具有代碼量小、運行消耗系統(tǒng)資源少、可靠性高、開發(fā)周期短等優(yōu)點,適應智能家庭數(shù)據(jù)采集控制器對于操作系統(tǒng)的要求[7]。
圖5 通信接口電路
2.3 應用軟件
應用軟件主要有協(xié)議軟件、數(shù)據(jù)采集模塊、通信處理模塊、用戶接口管理等。這里主要介紹數(shù)據(jù)顯示模塊和通信處理模塊的實現(xiàn)。
2.3.1 數(shù)據(jù)顯示
LCD的顯示包括LCD初始化、LCD顯示和LCD清屏三個模塊。采用S3C2410的PORTC和PPORTD作為LCD驅(qū)動接口,因此需設置它們的工作在第3功能狀態(tài),設置I/O口控制寄存器的語句如下[8]:
rPDATC=0x8400;rPCONC=0x5f5fffff;rPUPC=0x33ff;rPCOND=0xaaaa;rPUPD=0xff;
部分顯示程序如下:
…
For(i=0;i<(4800/4);i++)
{temp_data=(Buf[i*4+3]<<24)+(Buf[i*4+2]<<16)+\\(Buf[i*4+1]<<8+(Buf[i*4]);
Pbuffer[i]=~temp_data;
Delay(10);}
…
2.3.2 通信軟件模塊
本系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議,信過程采用客戶_服務器模式,其具體流程圖如圖6所示[8]。
3 結(jié) 語
本文提出一種基于S3C2410處理器的智能家居數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡控制)四部分。實現(xiàn)水、電、氣三表一體的智能管理,利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)對家居環(huán)境狀態(tài)進行有效監(jiān)控,既有效地節(jié)約了小區(qū)務業(yè)管理的人力資源,又有效地降低了事故的發(fā)生率,保證居住方便、安全、舒適,很適合智能家居的應用與推廣。
圖6 TCP 客戶_服務器通信流程圖
參考文獻
[1]楊少平.智能電表特點及其應用[J].福建建設科技,2008(3):91_93.
[2]施志剛.傳感器技術(shù)對智能水表的質(zhì)量至關(guān)重要[J].中國計量,2004(7):56_57.
[3]LM057QC1\.http://www.ic37.com.pdf.
[4]王成儒,朱振濤.基于ARM9處理器S3C2410的LCD顯示系統(tǒng)設計[J].電子元器件應用,2006,8(6):82_83.
[5]DM9161 10/100 Mb/s Fast Ethernet Physical Layer Single Chip Transceiver 40\.2006.
[6]劉晶晶.基于ARM_Linux嵌入式系統(tǒng)引導程序的設計[J].微計算機信息,2006,22(2):123_125.
[7]潘若禹,朱錚艷,李磊.基于ARM9的道路交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(15):189_192.
[8]李巖,榮盤祥.基于S3C44B0X嵌入式μCLinux系統(tǒng)原理及應用[M].北京:清華大學出版社,2005.
作者簡介
周維龍 男,1978年出生,湖南邵陽人,碩士研究生,講師。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)設計與應用。
吳桂清 1966年出生,副教授。主要研究方向為數(shù)字信號處理。
摘 要:提出一種智能家居數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。以S3C2410處理器為核心搭建硬件平臺,利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)共享,采用嵌入式操作系統(tǒng)Linux,縮短開發(fā)周期,系統(tǒng)可以很方便地對家居環(huán)境狀態(tài)進行智能化管理和有效監(jiān)控,使居住更加方便、安全、舒適。
關(guān)鍵詞:智能家居;數(shù)據(jù)采集;TCP/IP;Linux
中圖分類號:TP274+2文獻標識碼:B
文章編號:1004-373X(2010)02-038-03
Design of Smart Home Data Acquisition System Based on S3C2410
ZHOU Weilong1,2,WU Guiqing2
(1.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University of Technology,Zhuzhou,412008,China;
2.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha,410082,China)
Abstract:A design of smart home data acquisition system is proposed.The system builds a hardware platform on S3C2410 and accomplishes data transmission and sharing by means of TCP/IP.Adopting embedded operating system Linux,the deve_lopment cycle is reduced.The system is very easy to manage the home state intelligently and monitor the enviroment effextively,and make the habitation convenience,sureness and comfortable.
Keywords:smart home;data acquisition;TCP/IP;Linux
0 引 言
智能家居是以住宅為平臺,兼?zhèn)浣ㄖO備、網(wǎng)絡通信、信息家電和設備自動化,集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。它利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和綜合布線技術(shù),將與家居生活有關(guān)的各種系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起,通過統(tǒng)籌管理,讓家居生活更加舒適、安全。家庭自動化、家庭網(wǎng)絡、網(wǎng)絡家電、信息家電等產(chǎn)品都屬于智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)的采集、處理以及傳輸是實現(xiàn)智能小區(qū)控制作用的核心。在此設計了利用嵌入式系統(tǒng)作為開發(fā)平臺,利用TCP/IP協(xié)議作為信息傳輸方式的業(yè)主基本信息數(shù)據(jù)采集的方案。
由于Internet的發(fā)展和普及,采用TCP/IP協(xié)議簡單、方便、成本低,開放性好,標準化程度高。物業(yè)管理中心一方面通過互聯(lián)網(wǎng)獲得最新的消息(天氣預報、重大新聞等),向外發(fā)布\。另一方面,利用采集各節(jié)點的數(shù)據(jù)進行控制、決策和協(xié)調(diào),并向外發(fā)布信息。
1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計
1.1 基本要求
各個業(yè)主將自己的基本信息(主要包括電度表、水度表、氣壓表等的讀數(shù))、室內(nèi)情況(主要包括溫度、含天燃氣濃度等)通過信息采集、處理與分析,完成單個業(yè)主的控制,并傳輸?shù)轿飿I(yè)管理中心,提供給物業(yè)管理人員使用以及供廣大業(yè)主參考。必須滿足的基本要求如下:
能對業(yè)主家各類傳感設備兼容,即能實現(xiàn)多路模擬和數(shù)字信號的采集。采集的時間間隔在30 s~2 min。
具有業(yè)主控制功能,能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理和控制。當通信網(wǎng)絡一旦出現(xiàn)故障,各節(jié)點能依據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當前采集的信息,實現(xiàn)報警功能。
實時接收由管理中心發(fā)來的信息,并能做出相應的顯示,提醒業(yè)主自己當前的情況。通信接口豐富(具有TCP/IP通信接口、RS 232/USB接口等),內(nèi)存空間較大。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。
圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理圖
1.2 系統(tǒng)設計
1.2.1 節(jié)點的硬件組成
考慮到各業(yè)主間的完全獨立的特殊性,前端設備采用嵌入的設計方法,其硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 節(jié)點組成結(jié)構(gòu)示意圖
節(jié)點作為控制的一部分,要完成對各業(yè)主的控制功能�？刂频膶崿F(xiàn)利用采集的各種數(shù)據(jù)和中心發(fā)布的協(xié)調(diào)控制指令,通過節(jié)點處理后完成。所以,一個節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制三個功能單元組成。這些功能的實現(xiàn)通過嵌入式系統(tǒng)來完成。
按其功能要求其數(shù)據(jù)流有:一是從各個傳感器采集的數(shù)據(jù),通過中間處理過程進行處理后,顯示在業(yè)主面前;二是從信息采集系統(tǒng)中取來的數(shù)據(jù),通過中間處理過程進行處理后,上傳到物業(yè)管理中心,存儲在數(shù)據(jù)庫中;三是管理中心發(fā)布系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的命令或處理的結(jié)果在業(yè)主家顯示。
1.2.2 數(shù)據(jù)的采集
物業(yè)管理數(shù)據(jù)的采集主要功能是將各業(yè)主的水表、電表、媒氣表等原始數(shù)據(jù)通過各類檢測器送到節(jié)點進行預處理。
常用傳感器技術(shù)包括干簧管傳感器、霍爾傳感器、紅外線傳感器、IC卡控制器和電子傳感器等。本系統(tǒng)采用電子傳感器[1],在普通水表、氣表的計數(shù)機構(gòu)中對應于刻度盤的下面安裝電子傳感器,使傳感器與計數(shù)齒輪同步轉(zhuǎn)動,電子傳感器得到的電子信息與機械讀數(shù)完全同步,形成一定的函數(shù)關(guān)系,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,分別得到水表、媒氣表讀數(shù)的數(shù)字信息,電表的讀數(shù)則可以采用電子式智能電表得到[2]。通過RS 232接口傳送到微處理器中。
攝像頭數(shù)據(jù)通過USB接口與處理器通信。主要用于業(yè)主外出(特別是在外出度假)時,開啟攝像設備,可以對客廳或其他重要地方進行監(jiān)控。
1.2.3 數(shù)據(jù)的預處理
節(jié)點數(shù)據(jù)的預處理,其主要功能將各類檢測器采集的異樣數(shù)據(jù)進行過濾,去掉非法、無效的數(shù)據(jù),對故障數(shù)據(jù)進行恢復,將有效、合法的數(shù)據(jù)按照標準進行格式化處理,并將其封裝、利用TCP/IP協(xié)議,通過通信網(wǎng)絡發(fā)送到測控中心指定的數(shù)據(jù)通道或數(shù)據(jù)庫,提供給物業(yè)管理中心。采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)預處理后的實時檢測交通數(shù)據(jù)效果更好,更符合實際情況的需要,并有效地節(jié)省了計算機存儲的工作量。
1.2.4 數(shù)據(jù)的顯示、存儲及傳輸
節(jié)點控制機將各種檢測器采集的交通流信息用來控制該節(jié)點的交通,同時又要經(jīng)處理機進行預處理,一方面利用LCD液晶顯示,使各業(yè)主很方便知道自已各種費用;另一方面,利用通信接口,通過TCP/IP協(xié)議,保證采集到的數(shù)據(jù)安全性、可靠性、有效性傳輸?shù)娇刂浦行?用于整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和管理。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1 硬件結(jié)構(gòu)
節(jié)點處理機要執(zhí)行繁重的通信和算法處理,對處理器的通信和運算速度有很高的要求,傳統(tǒng)的單片機處理器性能有限無法滿足節(jié)點的要求。因此采用SAM_SUNG公司的處理器S3C2410平臺,它具有靈活的特性和強大的性能,在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32位微控制器,資源豐富,帶獨立的16 KB的指令CACHE和16 KB數(shù)據(jù)CACHE,LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、三路UART、四路DMA、四路帶PWM的Timer、并行I/O口、八路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、兩個USB接口控制器、兩路SPI,主頻最高可達203 MHz。在處理器豐富資源的基礎上,還進行了相關(guān)的配置和擴展,平臺配置了16 MB 16位的FLASH和64 MB 32位的SDRAM。通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9161擴展了一個網(wǎng)口,另外引出了一個HOST USB接口。硬件平臺如圖3所示。主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡控制)。這里主要介紹數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)。
2.1.1 顯示接口的實現(xiàn)
在該顯示系統(tǒng)的硬件電路中,S3C2410與LCD模塊的連接是關(guān)鍵。S3C2410內(nèi)部自帶一個LCD驅(qū)動控制器(STN&TFT),可以支持規(guī)格為每像素2位(4級灰度)或每像素4位(16級灰度)的黑白LCD。也可以支持每像素8位(256級顏色)的彩色LCD屏。通過編程可以支持不同LCD屏的要求[3]。本系統(tǒng)除了顯示用戶水、電、媒氣的用量,還要顯示時間和室
內(nèi)攝像的圖像。因此,選用夏普公司生產(chǎn)的圖形點陣256色STN液晶模塊LM057QC1T01,它的分辨率為320×240,由于它具有接口簡單、工作穩(wěn)定和便于操作等特點,在嵌入式系統(tǒng)有比較廣泛的應用。LM057QC1T01要求其電源電壓VDD為5 V,并且LCD數(shù)據(jù)和控制信號的高電平輸入電壓VIH在3.8~5.25 V范圍內(nèi),低電平輸入電壓價則在0~1.5 V范圍內(nèi),故可以直接與S3C44B0X0相連,而液晶顯示所需的偏轉(zhuǎn)電壓(27 V)可由外電路接入到VEE(第7管腳),其電路圖如圖4所示[4]。
圖4 S3C2410與LM057QC1T01連接圖
2.1.2 網(wǎng)絡通信接口的實現(xiàn)
對于以太網(wǎng)接口,S3C2410內(nèi)嵌了兩個以太網(wǎng)控制器,在全雙工模式下支持IEEE 802.3 MAC控制層協(xié)議,但未提供物理層接口,需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。本系統(tǒng)中選用DM9161作為物理層芯片,由于信號定義很明確,連接比較簡單。信號的發(fā)送和接收應通過網(wǎng)絡隔離變壓器和網(wǎng)絡水晶接頭RJ 45接口接入以太網(wǎng)。DM9161是高集成度、低功耗的100Base_TX和10Base_T物理層收發(fā)芯片,只需要連接很少外圍元件就可以實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的物理層收發(fā),提供完全IEEE 802.3u中定義的100Base_TX所有的物理層功能。使用非屏蔽雙絞線(UTP5/UTP3)作為傳輸媒質(zhì),為MAC層設備提供MII。MII是IEEE 802.3u標準(Clause 22)中定義的接口規(guī)范。其目的是提供一個簡單的、易于實現(xiàn)的MAC子層和物理層的接口。MII接口使得不同的傳輸媒質(zhì)和物理層接口模塊可以通過統(tǒng)一的接口與MAC子層進行數(shù)據(jù)交互[5]。
2.2 系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)[6],Linux內(nèi)核是一種源碼開放的操作系統(tǒng),采用模塊化的設計。在此只保留了必需的功能模塊,刪除了冗余的功能模塊,并對內(nèi)核重新編譯,從而使系統(tǒng)運行所需的硬件資源顯著減少。最重要的一點是,Linux自誕生之日起就與網(wǎng)絡密不可分,Linux系統(tǒng)內(nèi)核集成了大量的網(wǎng)絡應用程序,支持全部的標準因特網(wǎng)協(xié)議和幾乎所有的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這使Linux很適合基于網(wǎng)絡的應用開發(fā),用戶編寫的程序代碼可以直接建立在這些網(wǎng)絡應用程序的基礎之上,從而大大縮短開發(fā)周期。因此將其應用于智能家居控制器的設計,具有代碼量小、運行消耗系統(tǒng)資源少、可靠性高、開發(fā)周期短等優(yōu)點,適應智能家庭數(shù)據(jù)采集控制器對于操作系統(tǒng)的要求[7]。
圖5 通信接口電路
2.3 應用軟件
應用軟件主要有協(xié)議軟件、數(shù)據(jù)采集模塊、通信處理模塊、用戶接口管理等。這里主要介紹數(shù)據(jù)顯示模塊和通信處理模塊的實現(xiàn)。
2.3.1 數(shù)據(jù)顯示
LCD的顯示包括LCD初始化、LCD顯示和LCD清屏三個模塊。采用S3C2410的PORTC和PPORTD作為LCD驅(qū)動接口,因此需設置它們的工作在第3功能狀態(tài),設置I/O口控制寄存器的語句如下[8]:
rPDATC=0x8400;rPCONC=0x5f5fffff;rPUPC=0x33ff;rPCOND=0xaaaa;rPUPD=0xff;
部分顯示程序如下:
…
For(i=0;i<(4800/4);i++)
{temp_data=(Buf[i*4+3]<<24)+(Buf[i*4+2]<<16)+\\(Buf[i*4+1]<<8+(Buf[i*4]);
Pbuffer[i]=~temp_data;
Delay(10);}
…
2.3.2 通信軟件模塊
本系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議,信過程采用客戶_服務器模式,其具體流程圖如圖6所示[8]。
3 結(jié) 語
本文提出一種基于S3C2410處理器的智能家居數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡控制)四部分。實現(xiàn)水、電、氣三表一體的智能管理,利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)對家居環(huán)境狀態(tài)進行有效監(jiān)控,既有效地節(jié)約了小區(qū)務業(yè)管理的人力資源,又有效地降低了事故的發(fā)生率,保證居住方便、安全、舒適,很適合智能家居的應用與推廣。
圖6 TCP 客戶_服務器通信流程圖
參考文獻
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[8]李巖,榮盤祥.基于S3C44B0X嵌入式μCLinux系統(tǒng)原理及應用[M].北京:清華大學出版社,2005.
作者簡介
周維龍 男,1978年出生,湖南邵陽人,碩士研究生,講師。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)設計與應用。
吳桂清 1966年出生,副教授。主要研究方向為數(shù)字信號處理。
摘 要:提出一種智能家居數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。以S3C2410處理器為核心搭建硬件平臺,利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)共享,采用嵌入式操作系統(tǒng)Linux,縮短開發(fā)周期,系統(tǒng)可以很方便地對家居環(huán)境狀態(tài)進行智能化管理和有效監(jiān)控,使居住更加方便、安全、舒適。
關(guān)鍵詞:智能家居;數(shù)據(jù)采集;TCP/IP;Linux
中圖分類號:TP274+2文獻標識碼:B
文章編號:1004-373X(2010)02-038-03
Design of Smart Home Data Acquisition System Based on S3C2410
ZHOU Weilong1,2,WU Guiqing2
(1.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University of Technology,Zhuzhou,412008,China;
2.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha,410082,China)
Abstract:A design of smart home data acquisition system is proposed.The system builds a hardware platform on S3C2410 and accomplishes data transmission and sharing by means of TCP/IP.Adopting embedded operating system Linux,the deve_lopment cycle is reduced.The system is very easy to manage the home state intelligently and monitor the enviroment effextively,and make the habitation convenience,sureness and comfortable.
Keywords:smart home;data acquisition;TCP/IP;Linux
0 引 言
智能家居是以住宅為平臺,兼?zhèn)浣ㄖO備、網(wǎng)絡通信、信息家電和設備自動化,集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。它利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和綜合布線技術(shù),將與家居生活有關(guān)的各種系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起,通過統(tǒng)籌管理,讓家居生活更加舒適、安全。家庭自動化、家庭網(wǎng)絡、網(wǎng)絡家電、信息家電等產(chǎn)品都屬于智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)的采集、處理以及傳輸是實現(xiàn)智能小區(qū)控制作用的核心。在此設計了利用嵌入式系統(tǒng)作為開發(fā)平臺,利用TCP/IP協(xié)議作為信息傳輸方式的業(yè)主基本信息數(shù)據(jù)采集的方案。
由于Internet的發(fā)展和普及,采用TCP/IP協(xié)議簡單、方便、成本低,開放性好,標準化程度高。物業(yè)管理中心一方面通過互聯(lián)網(wǎng)獲得最新的消息(天氣預報、重大新聞等),向外發(fā)布\。另一方面,利用采集各節(jié)點的數(shù)據(jù)進行控制、決策和協(xié)調(diào),并向外發(fā)布信息。
1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計
1.1 基本要求
各個業(yè)主將自己的基本信息(主要包括電度表、水度表、氣壓表等的讀數(shù))、室內(nèi)情況(主要包括溫度、含天燃氣濃度等)通過信息采集、處理與分析,完成單個業(yè)主的控制,并傳輸?shù)轿飿I(yè)管理中心,提供給物業(yè)管理人員使用以及供廣大業(yè)主參考。必須滿足的基本要求如下:
能對業(yè)主家各類傳感設備兼容,即能實現(xiàn)多路模擬和數(shù)字信號的采集。采集的時間間隔在30 s~2 min。
具有業(yè)主控制功能,能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理和控制。當通信網(wǎng)絡一旦出現(xiàn)故障,各節(jié)點能依據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當前采集的信息,實現(xiàn)報警功能。
實時接收由管理中心發(fā)來的信息,并能做出相應的顯示,提醒業(yè)主自己當前的情況。通信接口豐富(具有TCP/IP通信接口、RS 232/USB接口等),內(nèi)存空間較大。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。
圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理圖
1.2 系統(tǒng)設計
1.2.1 節(jié)點的硬件組成
考慮到各業(yè)主間的完全獨立的特殊性,前端設備采用嵌入的設計方法,其硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 節(jié)點組成結(jié)構(gòu)示意圖
節(jié)點作為控制的一部分,要完成對各業(yè)主的控制功能�？刂频膶崿F(xiàn)利用采集的各種數(shù)據(jù)和中心發(fā)布的協(xié)調(diào)控制指令,通過節(jié)點處理后完成。所以,一個節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制三個功能單元組成。這些功能的實現(xiàn)通過嵌入式系統(tǒng)來完成。
按其功能要求其數(shù)據(jù)流有:一是從各個傳感器采集的數(shù)據(jù),通過中間處理過程進行處理后,顯示在業(yè)主面前;二是從信息采集系統(tǒng)中取來的數(shù)據(jù),通過中間處理過程進行處理后,上傳到物業(yè)管理中心,存儲在數(shù)據(jù)庫中;三是管理中心發(fā)布系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的命令或處理的結(jié)果在業(yè)主家顯示。
1.2.2 數(shù)據(jù)的采集
物業(yè)管理數(shù)據(jù)的采集主要功能是將各業(yè)主的水表、電表、媒氣表等原始數(shù)據(jù)通過各類檢測器送到節(jié)點進行預處理。
常用傳感器技術(shù)包括干簧管傳感器、霍爾傳感器、紅外線傳感器、IC卡控制器和電子傳感器等。本系統(tǒng)采用電子傳感器[1],在普通水表、氣表的計數(shù)機構(gòu)中對應于刻度盤的下面安裝電子傳感器,使傳感器與計數(shù)齒輪同步轉(zhuǎn)動,電子傳感器得到的電子信息與機械讀數(shù)完全同步,形成一定的函數(shù)關(guān)系,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,分別得到水表、媒氣表讀數(shù)的數(shù)字信息,電表的讀數(shù)則可以采用電子式智能電表得到[2]。通過RS 232接口傳送到微處理器中。
攝像頭數(shù)據(jù)通過USB接口與處理器通信。主要用于業(yè)主外出(特別是在外出度假)時,開啟攝像設備,可以對客廳或其他重要地方進行監(jiān)控。
1.2.3 數(shù)據(jù)的預處理
節(jié)點數(shù)據(jù)的預處理,其主要功能將各類檢測器采集的異樣數(shù)據(jù)進行過濾,去掉非法、無效的數(shù)據(jù),對故障數(shù)據(jù)進行恢復,將有效、合法的數(shù)據(jù)按照標準進行格式化處理,并將其封裝、利用TCP/IP協(xié)議,通過通信網(wǎng)絡發(fā)送到測控中心指定的數(shù)據(jù)通道或數(shù)據(jù)庫,提供給物業(yè)管理中心。采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)預處理后的實時檢測交通數(shù)據(jù)效果更好,更符合實際情況的需要,并有效地節(jié)省了計算機存儲的工作量。
1.2.4 數(shù)據(jù)的顯示、存儲及傳輸
節(jié)點控制機將各種檢測器采集的交通流信息用來控制該節(jié)點的交通,同時又要經(jīng)處理機進行預處理,一方面利用LCD液晶顯示,使各業(yè)主很方便知道自已各種費用;另一方面,利用通信接口,通過TCP/IP協(xié)議,保證采集到的數(shù)據(jù)安全性、可靠性、有效性傳輸?shù)娇刂浦行?用于整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和管理。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1 硬件結(jié)構(gòu)
節(jié)點處理機要執(zhí)行繁重的通信和算法處理,對處理器的通信和運算速度有很高的要求,傳統(tǒng)的單片機處理器性能有限無法滿足節(jié)點的要求。因此采用SAM_SUNG公司的處理器S3C2410平臺,它具有靈活的特性和強大的性能,在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32位微控制器,資源豐富,帶獨立的16 KB的指令CACHE和16 KB數(shù)據(jù)CACHE,LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、三路UART、四路DMA、四路帶PWM的Timer、并行I/O口、八路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、兩個USB接口控制器、兩路SPI,主頻最高可達203 MHz。在處理器豐富資源的基礎上,還進行了相關(guān)的配置和擴展,平臺配置了16 MB 16位的FLASH和64 MB 32位的SDRAM。通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9161擴展了一個網(wǎng)口,另外引出了一個HOST USB接口。硬件平臺如圖3所示。主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡控制)。這里主要介紹數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)。
