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基于ARM和ZigBee的智能家居系统研究

作　者: 彭旭平
导　师: 苏义鑫
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 智能家居系统 ARM Linux ZigBee
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高,人们对居住环境的要求正在从以往追求居室空间宽大和装饰豪华,向着追求安全、舒适、便捷的方向发展,基于人们对家庭住宅观念所发生的改变,家庭智能化成为今后家庭装饰的必经之路。然而智能家居目前还存在很多的问题。嵌入式高性能芯片的出现、嵌入式系统中各种操作系统的应用以及网络通信技术的发展为解决这些问题提供了技术保障。首先,本文简单介绍了智能家居的基本概念以及当代人们对智能化住宅日益增长的迫切需求后,分析了目前国内外智能家居系统的研究和发展状况,阐述了智能家居系统在当前人们生活中的需求以及市场领域的空缺,确定了本文研究是极其有意义的。现在的家居设备仅仅处在单一智能化阶段,本文归纳了前人对智能家居系统的研究,提出了一套理想化的智能家居系统的结构,并介绍了此结构中各部分的作用。其次,本文给出了智能家居系统的设计方案。通过分析比较,选取了Samsung公司的S3C2440作为本系统的处理器,Linux作为系统的操作系统,ZigBee作为无线通信技术,CC2430作为芯片搭建无线通信模块。然后,本文根据无线智能家居系统的总体框图分别从硬、软件两方面进行了具体设计。硬件方面,本文首先介绍了S3C2440微处理器的最小系统以及外围接口电路的设计,包括电源、时钟、复位、存储器、串口、JTAG等电路,然后对通信模块(包括以太网、ZigBee通信模块)、系统功能节点(包括温湿度节点和煤气控制节点)进行了硬件设计。软件设计方面,完成了Linux的移植,给出了主控制器软件设计,并研究了ZigBee通信模块的发送、接收模式,最后给出了煤气节点以及温湿度节点的软件设计。最后,对全文进行了总结,给出了本文的不足,对未来智能家居系统的发展进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 智能家居系统的国内外发展状况  10-12
    1.2.1 国外发展状况  10-11
    1.2.2 国内发展状况  11-12
  1.3 智能家居系统的结构  12-14
  1.4 课题研究内容和论文结构  14-15
第2章嵌入式系统和ZigBee技术  15-28
  2.1 嵌入式系统  15-17
    2.1.1 嵌入式系统特点  15
    2.1.2 嵌入式系统的组成  15-17
  2.2 ARM处理器的简介  17-22
    2.2.1 ARM微处理器的特点  18
    2.2.2 ARM微处理器的结构  18-19
    2.2.3 ARM体系结构的存储器格式  19-20
    2.2.4 ARM微处理器运行模式  20
    2.2.5 ARM微处理器的寄存器组织  20-22
  2.3 Zigbee技术  22-27
    2.3.1 ZigBee的协议栈  22-23
    2.3.2 ZigBee网络拓扑结构  23-25
    2.3.3 ZigBee网络配置  25-26
    2.3.4 ZigBee协议应用  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章智能家居系统总体方案设计  28-39
  3.1 系统总体构架设计  28-29
  3.2 选型  29-38
    3.2.1 处理器的选择  29-30
    3.2.2 嵌入式操作系统的选择  30-33
    3.2.3 通信网络的选择  33-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章智能家居系统的硬件设计  39-53
  4.1 主控制器的核心电路设计  39-45
    4.1.1 S3C2440的简介  39-40
    4.1.2 主控制器硬件平台框架  40-41
    4.1.3 电源模块  41-42
    4.1.4 复位电路设计  42
    4.1.5 Flash存储器电路的设计  42-43
    4.1.6 SDRAM接口电路设计  43
    4.1.7 串口电路接口  43-45
    4.1.8 JTAG接口电路设计  45
  4.2 通信模块设计  45-50
    4.2.1 以太网的接口电路设计  45-47
    4.2.2 ZigBee模块设计  47-50
  4.3 煤气节点的硬件电路设计  50-51
    4.3.1 煤气泄漏监测电路设计  50
    4.3.2 电磁阀控制电路设计  50-51
    4.3.3 声光报警电路设计  51
  4.4 温湿度节点的硬件电路设计  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章智能家居系统软件设计  53-63
  5.1 嵌入式Linux的移植  53-57
    5.1.1 引导程序Bootloader的移植  53-55
    5.1.2 Linux内核的植入  55-57
  5.2 系统程序设计  57-62
    5.2.1 主控制器软件设计  57-58
    5.2.2 CC2430无线通讯模块软件设计  58-60
    5.2.3 煤气节点软件设计  60-61
    5.2.4 温湿度节点软件设计  61-62
  5.3 本章小结  62-63
第6章总结和展望  63-65
  6.1 全文总结  63
  6.2 后续工作的展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-68

基于ARM和ZigBee的智能家居系统研究

内容摘要

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