當前位置:首頁 > 工業(yè)控制 > 工業(yè)控制
[導讀]主要介紹了系統(tǒng)的整體功能結(jié)構(gòu),帶有嵌入式操作系統(tǒng)uClinux和CAN控制器的智能控制器LPC2294的硬件設計,系統(tǒng)的任務分析和軟件設計。本系統(tǒng)以智能控制器LPC2294為核心,把由CAN總線組成的家電控制局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合,從而實現(xiàn)了家電的集中管理和遠程監(jiān)控。

引言

隨著人類社會的進步和科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是4C技術(shù)(ComputerCommunication, ControlCRT Technology)的發(fā)展,人類開始邁入數(shù)字化和網(wǎng)絡化為平臺的智能化社會。信息化社會在改變我們生活方式與工作習慣的同時,也向傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)。智能家居網(wǎng)絡系統(tǒng)以4C技術(shù)為基礎(chǔ),采用先進、成熟的設備和產(chǎn)品以及先進的管理軟件,對整個家居的信息通信、安全防范、報警求助集中于統(tǒng)一的平臺上進行管理。它不僅已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)的綜合標志之一,而且也是人類社會住宅發(fā)展的必然趨勢。

CAN總線是目前流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一,依靠可靠性高、價格低廉的優(yōu)勢,已得到了廣泛的應用[1]。CAN總線采取了許多新技術(shù)及獨特的設計,與一般的通信總線相比,它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路,目前可達110個。這個特點正好解決了家庭領(lǐng)域中家用電器種類繁多,分布零散的問題。CAN總線采用節(jié)點ID標示每個節(jié)點,而不需要專門為每個節(jié)點設置地址,這就可以任意添加或刪除節(jié)點而不用對總線上的其他節(jié)點進行任何修改。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)在CAN網(wǎng)絡的基礎(chǔ)上添加智能控制器與Internet的網(wǎng)絡接口,從而實現(xiàn)智能家居的遠程監(jiān)控。智能家電遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

         1 智能家電遠程監(jiān)控系統(tǒng)

由圖1可知系統(tǒng)由三部分組成:CAN網(wǎng)絡,智能控制器和Internet。CAN網(wǎng)絡就是通過CAN總線把家庭安防、遠程抄表、環(huán)境調(diào)節(jié)、娛樂功能和家電控制等節(jié)點模塊組成家庭局域網(wǎng),以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制信息的快速傳輸,各個節(jié)點模塊是由8MCU+CAN控制器+CAN收發(fā)器+相應的傳感器/控制器組成,我們把各個節(jié)點模塊稱之為智能節(jié)點;智能控制器選用的是Philips公司的內(nèi)部集成CAN控制器的32位微處理器LPC2294,只需連接CAN收發(fā)器即可成為CAN網(wǎng)絡的一個節(jié)點,這樣再通過擴展網(wǎng)絡接口就實現(xiàn)了CAN網(wǎng)絡與Internet的信息交換,達到遠程監(jiān)控的目的;Internet的發(fā)展極大的加快了信息的傳遞,任何接入互聯(lián)網(wǎng)的電腦都可以用來監(jiān)控我們的系統(tǒng),當然安全性也是我們必須考慮的。

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下功能:

1)家庭安防:安全是居民對日常生活的首要要求,安防因此成為遠程家庭信息監(jiān)控系統(tǒng)的首要組成部分,例如:紅外報警、門窗磁報警、緊急求助報警、燃氣泄漏報警、火災報警等。當紅外報警裝置工作時,如果家中有人走動,系統(tǒng)就會自動通過蜂鳴器和語音實現(xiàn)本地報警;同時,報警信息會被及時地傳到物業(yè)中心或110報警中心,還可以自動撥號到指定的手機或電話上。

2)遠程抄表:水、電、氣表的遠程自動抄收計費是物業(yè)管理的重要部分,實現(xiàn)三表的自動抄表計費,解決了入戶抄表的低效率、不安全和對住戶造成干擾等因素。

3)家電控制:通過統(tǒng)一的家電聯(lián)網(wǎng)接口,將網(wǎng)絡家電和遠程家庭信息監(jiān)控系統(tǒng)相連,組成網(wǎng)絡家電系統(tǒng),實現(xiàn)家用電器的遠程監(jiān)控和故障診斷等功能。

4)環(huán)境調(diào)節(jié):室內(nèi)的環(huán)境是人們居住首先考慮的因素。環(huán)境調(diào)節(jié)是智能家居的主要組成部分,例如:溫度設定,用戶可任意設定并寫該室內(nèi)的溫度;溫度控制,監(jiān)測當前室內(nèi)溫度值。該值被送給空調(diào)機組,其與設定值的差值送給自己的空調(diào)末端設備控制節(jié)點。

5)娛樂功能:包括視聽娛樂和游戲等,視聽娛樂包括州V播放、家庭影院、投影機、電視自動錄像等。

2  智能控制器的硬件設計

系統(tǒng)選用功能強大的帶有CAN接口的32 位微處理器LPC2294,運行基于特定應用的嵌入式實時操作系統(tǒng),實現(xiàn)合理的任務調(diào)度,滿足控制系統(tǒng)對實時性和可靠性的要求。

LPC2294是一款功能強大、超低功耗的具有ARM7TDMI-S 內(nèi)核的32 bit微處理器[2]。具有232bit定時器、4CAN通道、2UART、高速IIC接口以及9個外部中斷,內(nèi)部嵌入256KB 高速Flash存儲器和16 KB靜態(tài)RAM, 112個通用I/O口。其內(nèi)部集成的4CAN控制器, 符合CAN 規(guī)范CAN2. 0B, ISO 1189821標準。

2.1 外擴ROMRAM

1)Flash ROM:雖然LPC2294內(nèi)部嵌入256KB 高速Flash存儲器和16 KB靜態(tài)RAM,可以滿足一般的控制要求。但是我們需要外擴一個容量相對大的FlashROM來保存監(jiān)測到的歷史數(shù)據(jù),以便查看和打印。為了滿足操作系統(tǒng)及其文件系統(tǒng)的存儲要求,系統(tǒng)選用了2M Flash ROM器件SST39V160作為存儲介質(zhì)。

2EEPROMLPC2294內(nèi)部沒有集成EEPROM,要將家電設備編號保存下來, 故外擴了容量為1024 Byte的顯存。

3SDRAM:嵌入式操作系統(tǒng)的運行需要動態(tài)ARM,而芯片LPC2294內(nèi)部提供的16K靜態(tài)RAM主要用來為7種工作模式分配堆棧和臨時變量分配空間,需要在外部總線上擴充SDRAM(HY57v641620H)芯片,解壓縮后的操作系統(tǒng)將駐留在其內(nèi)。

2.2 鍵盤和液晶顯示

為便于控制新掛接在CAN總線上的家電設備,實時顯示家電設備的運行情況,設計了鍵盤輸入與LED顯示。為了充分利用LPC2294I2 C接口,以及減少電路的復雜性,采用了ZLG7290 I2C接口鍵盤及LED驅(qū)動器。ZLG7290I2 C接口傳輸速率可達32 kb / s,易與處理器接口,并提供鍵盤中斷信號,提高主處理器工作效率。

按鍵使用了數(shù)字鍵( 09) ,用于輸入和修改數(shù)字,可連擊實現(xiàn)快速輸入和修改數(shù)字;移位鍵在修改模式下,用于選擇要修改的位;加1鍵在修改模式下將當前要修改的位進行加1操作(09之間循環(huán)) ;模式鍵實現(xiàn)進入/退出修改模式,不允許連擊;確認鍵在修改模式下將修改好的數(shù)據(jù)寫入EEPROM中。

2.3 網(wǎng)絡接口

RTL8019AS與以太網(wǎng)的連接由PM34 1006M濾波器芯片和RJ45完成[1]。其連接如圖2所示。這里采用PM34- 1006M是為了提高網(wǎng)絡通信能力。圖中TPIN+、TPIN-、TPOUT+TPOUT-RTL8019AS芯片輸入/輸出信號的4個引腳,濾波器右邊是以太網(wǎng)RJ45接口,通過標準帶RJ45插頭的雙絞線接入以太網(wǎng)。

2 RTL8019AS與網(wǎng)絡介質(zhì)之間的連接

3 智能控制器的軟件設計

為了便于系統(tǒng)的擴展和升級,同時更好地協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實時性,系統(tǒng)采用了嵌入式操作系統(tǒng)uClinux進行設計開發(fā)。

3.1 嵌入式操作系統(tǒng)uClinux

uClinuxLinux2.0的一個分支,它被設計用于沒有MMU的微控制器領(lǐng)域。uClinux的最大特征就是沒有MMU(內(nèi)存管理單元模塊),它很適合那些沒有MMU的處理器,如ARM7TDMI。uClinux具有完全的TCP/IP協(xié)議棧,同時對其他許多的網(wǎng)絡協(xié)議都提供支持。這些網(wǎng)絡協(xié)議都在uClinux上得到了很好的實現(xiàn)。

通過使用嵌入式uClinux,它既保存了原先Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能強大等優(yōu)點,又對內(nèi)核的代碼重新編寫,減少了內(nèi)核容量,提高了效率[4]。實時性方面,可以使用進程間通信如管道、消息隊列、共享內(nèi)存等方法將CAN總線的接收中斷與應用程序直接關(guān)聯(lián),加快系統(tǒng)對CAN總線事件的響應速度。進一步可以通過RTLinuxRTAI(Real Time Application Interface)這兩種方案增強uClinux的實時性。主要包括:下載uClinux源代碼,實現(xiàn)在LPC2294上的移植、編寫驅(qū)動程序、在uClinux系統(tǒng)下編寫應用軟件。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

為了充分利用LPC2294有限的內(nèi)存資源,應盡量減少任務個數(shù)及任務之間的頻繁切換,可以將優(yōu)先級相近且運行周期相近的功能整合到同一任務中。通過實時性分析,結(jié)合各功能運行周期的要求,系統(tǒng)分為以下3個任務:

1)系統(tǒng)監(jiān)控與報警。此任務保證控制器與CAN總線上的智能家電設備進行實時通信,及時了解總線上家電的運行情況并作相應處理。此任務運行周期為100ms,優(yōu)先級最高。確保系統(tǒng)運行的可靠性和響應的及時性。

2)遠程通信任務。主要是實現(xiàn)系統(tǒng)信息與TCP/IP數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,以實現(xiàn)家電的遠程檢測和控制。任務的實時性較高,把其優(yōu)先級設為次級高。

3LED顯示任務。主要是顯示實時的溫度,濕度等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和電器設備狀態(tài)。無實時要求,優(yōu)先級最低。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)通過擴展LPC2294芯片,組成了智能控制器,實現(xiàn)了家用電器的集中監(jiān)測和控制。通過移植嵌入式系統(tǒng)使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定和靈活,與互聯(lián)網(wǎng)的連接則實現(xiàn)了家庭安防和家電的遠程監(jiān)控。系統(tǒng)達到了集中控制與遠程控制的目的。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉