基于μSOS的智能家居系統設計論文

基于μSOS的智能家居系統設計論文

　　采用Kinetis K10作為核心控制器，使用觸摸屏實(shí)現顯示和控制等人機交互功能，設計重點(diǎn)體現現代家居的安全監測和舒適度調節。軟件方面成功移植了μc/OS操作系統，實(shí)現了防盜報警、消防報警、IC卡門(mén)禁、燈光調控、電動(dòng)窗簾、溫濕度檢測和背景音樂(lè )控制等功能，實(shí)驗室驗證了系統的可行性和實(shí)用性。

　　科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們生活水平得到很大提高，人們對物質(zhì)生活要求舒適度日益增加，這樣就使得人們對家居生活的要求也越來(lái)越向智能化、舒適化、安全化的方向發(fā)展。本文提出了一種基于μC/OS的智能家居系統的設計，重點(diǎn)體現安全監控和提高生活的舒適度與便捷度，盡可能為用戶(hù)營(yíng)造出一個(gè)安全舒適的生活環(huán)境。

　　1 設計方案

　　系統控制核心采用飛思卡爾kinetis K10芯片，控制系統選用μC/OS-Ⅲ操作系統[ 1 ]。主要功能：安全監測方面實(shí)現煙霧報警、IC卡門(mén)禁、紅外報警、強行進(jìn)入報警，舒適生活方面設計了自動(dòng)窗簾、燈光調節、溫濕度檢測、音樂(lè )播放等功能，功能切換基本依靠觸摸屏來(lái)控制。

　　1.1功能模塊電路設計

　　1)燈光控制。通過(guò)繼電器模塊，實(shí)現5路燈光控制。圖1中，當PTE4，PTE17管腳輸入高電平時(shí)，對應的繼電器會(huì )吸合，進(jìn)而控制其連接的220V觸點(diǎn)吸合，此時(shí)燈亮。反之，管腳輸入低電平，繼電器斷開(kāi)，觸點(diǎn)斷開(kāi)，將燈斷開(kāi)。

　　2)背景音樂(lè )。電路中使用MP3解碼模塊，實(shí)現了背景音樂(lè )控制功能[ 2 ]。該模塊需要+5V的直流電源，并接出一個(gè)耳機插孔，用來(lái)外接揚聲器。將模塊的“PLAY”“NEXT”“PREV”三個(gè)控制鍵與核心控制板的三個(gè) I/O口相連，只要I/O口產(chǎn)生一個(gè)下降沿，就可以實(shí)現對應的控制。3)安全防范模塊。安防是每個(gè)家庭系統中都必不可少的部分，在此部分設置了“強行進(jìn)入報警”、“燃氣泄露和煙霧報警”、“IC卡門(mén)禁”三個(gè)部分，下面詳細介紹各部分實(shí)現的原理。a.IC卡門(mén)禁。通過(guò)IC卡的射頻讀寫(xiě)模塊，進(jìn)行IC卡識別，進(jìn)而進(jìn)行用戶(hù)身份識別。將該模塊與核心控制板相連接，與主機通信采用SPI通信模式。b.強行進(jìn)入報警。強行進(jìn)入警報用一個(gè)門(mén)磁開(kāi)關(guān)來(lái)檢測，為了使單片機檢測到標準的高低電平，增加了一個(gè)上拉電阻。當門(mén)打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)控制器檢測到低電平，并且觸發(fā)警報。c.燃氣泄露和煙霧報警電路。該電路選用煙霧傳感器來(lái)采集現場(chǎng)空氣參數數據[ 3 ]。當空氣中的煙霧濃度超過(guò)設定值時(shí)，傳感器的”DOUT”(對應PTB3)管腳會(huì )由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖�，根據這個(gè)原理，核心控制器檢測到一個(gè)下降沿時(shí)，說(shuō)明出現危險，會(huì )觸發(fā)警報。4)自動(dòng)窗簾。自動(dòng)窗簾采用步進(jìn)電機來(lái)實(shí)現，通過(guò)控制電機的正反轉來(lái)控制窗簾的升降。使用4相5線(xiàn)步進(jìn)電機，I/O口模擬輸出脈沖通過(guò)ULN2003A放大后作為電機驅動(dòng)[ 4 ]。由于K10芯片的I/O口輸出功率不足以驅動(dòng)步進(jìn)電機，需要加驅動(dòng)電路。使用ULN2003A搭建驅動(dòng)電路。5)遠程監控。該功能主要通過(guò)核心控制器與上位機的串口通信來(lái)實(shí)現。上位機通過(guò)點(diǎn)擊不同的按鈕，發(fā)送命令給核心控制器，控制器也可以發(fā)送命令到上位機。6)溫濕度檢測。溫濕度檢測體現在舒適度部分，這里使用SHT11溫濕度傳感器模塊，來(lái)實(shí)現對環(huán)境溫濕度的檢測。

　　1.2軟件設計

　　基于CodeWarrior10.2的開(kāi)發(fā)平臺，為了是軟件更加安全簡(jiǎn)潔，設計中使用μC/OS嵌入式操作系統。將系統軟件分為四層，第一層系統底層BSP模塊和固件庫模板，第二層μC/OS內核模塊，第三層系統調用模塊和文件系統模塊、LCD控制模塊，第四層為用戶(hù)任務(wù)模塊。使得軟件的層次結構分明，提高了系統的穩定性，其次文件系統模塊，系統調用模塊，方便了用戶(hù)任務(wù)的使用。設計中，在μC/OS-Ⅲ中創(chuàng )建了狀態(tài)切換任務(wù)，音樂(lè )控制任務(wù)，窗簾控制任務(wù)，燈光控制任務(wù)，安防控制任務(wù)，視頻監控任務(wù)，IC卡檢測任務(wù)，LCD檢測任務(wù)，上位機監視任務(wù)，WIFI監視任務(wù)等十個(gè)任務(wù)。系統按照時(shí)間分為在家模式，睡覺(jué)模式，早晨模式，離家模式四個(gè)模式，系統上電之后，默認是離家模式。當用戶(hù)刷卡之后，IC卡檢測模塊發(fā)送一個(gè)在家模式信號，然后每個(gè)任務(wù)對象，接收在家模式信號后，執行對應的在家模式才有的功能。當點(diǎn)擊觸摸屏的時(shí)候，LCD監控任務(wù)會(huì )產(chǎn)生一條消息，通過(guò)消息總線(xiàn)，是對應的任務(wù)接收到對應的消息，進(jìn)而執行相應的行為。因為消息都是通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送的，所以，可以系統控制可以通過(guò)觸摸屏、上位機和WIFI進(jìn)行控制。

　　2 結論

　　采用kinetis K10作為核心控制芯片，并成功移植了μC/OS-Ⅲ實(shí)時(shí)操作系統，使用了IC卡等模塊，實(shí)現用戶(hù)身份識別，實(shí)時(shí)采集溫濕度傳感器、煙霧、窗門(mén)磁傳感器狀態(tài)，控制燈光、背景音樂(lè )和窗簾動(dòng)作，控制程序設計參考人們的作息規律，更加貼近生活，并且設計了友好的人機交互界面，打造出一個(gè)安全、有序、高效的智能家居系統，實(shí)驗室驗證了該系統的可行性。

【基于μSOS的智能家居系統設計論文】相關(guān)文章：

管理系統設計論文03-28

智能家居論文07-29

智能家居論文(通用)07-20

管理系統設計論文12篇06-08

管理系統設計論文14篇06-08

基于物聯(lián)網(wǎng)的水稻田智能監控系統設計方案11-24

系統的設計說(shuō)課稿07-11

鐵路巡檢作業(yè)信息實(shí)時(shí)管理系統的數據庫設計論文07-11

計算機應用基礎網(wǎng)絡(luò )考試系統的設計與實(shí)現探討論文03-15

智能家居方案04-03