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基于ARM的嵌入式智能家居系统的研究

作 者: 王文川
导 师: 梁华国
学 校: 合肥工业大学
专 业: 电路与系统
关键词: 智能家居 物联网 ARM 嵌入式Linux QT CAN
分类号: TP273.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


随着经济的迅速发展、科技的不断进步以及人们生活水平的日益提高,人们对家居生活的安全性、便利性、舒适性、高效性要求也越来越高,于是“智能家居”开始从一个概念转变成一种市场需求。计算机、互联网、传感器技术的发展,现场总线通信技术的日趋成熟,消费水平和消费观念的进一步提高为满足这种市场需求奠定了坚实的技术基础和物质基础。于是,在全世界范围内开始出现了智能家居领域“百花齐放、百家争鸣”的景象,但繁荣背后行业标准不统一、技术水平、国民消费水平参差不齐也给智能家居行业发展带来了一定的制约。智能家居系统的主要目标是服务人们的日常家居生活,让人们的家居生活环境变得更加安全、舒适、高效、便捷。本文在综合考虑系统易扩展性、实用性、可靠性、成本体积、功耗、开发难度等一系列因素后,引用ARM+Linux、CAN总线网络、单片机、传感器、QT、WEB远程监控技术,提出了一套完整的智能家居系统解决方案,并在此基础上设计软件程序和构建底层局域网络模块,验证了方案的可行性。该系统由网关/控制中心模块、CAN总线通信接口模块、终端控制模块三部分组成,主要实现了以下几个功能:Web远程监控、本地触摸屏监控、室内温湿度监测、烟雾监测、视频监控、智能灯光控制、自动窗帘控制。由于生活需求会随着社会的发展和科技的进步迅速增加、变化。所以本文设计阶段考虑的主要问题是:设计实现一套智能家居系统既要满足当前人们的生活需求,同时要让系统容易维护和扩展升级。为解决这一问题,本文系统的网关应用S3C2440作为主控芯片、Supervivi作为Bootloader、嵌入式Linux作为操作系统、QT应用程序作为上层触摸屏设备的GUI、选用DM9000网卡作为以太网接口实现远程Web监控,利用SPI+MCP2510+PCA82C50的接口模式扩展网关CAN总线驱动接口,底层终端控制模块采用CAN开发板。最后对按照上述设计方案所设计的智能家居系统进行了功能测试及性能测试。测试结果表明,使用上述方案所设计的智能家居系统实现了设计前的功能需求,并达到了预期的各项指标。最终联调结果论证了系统运行稳定可靠,具有成本低、性能高、开发容易,使用便利等优点。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 智能家居的概念  13
  1.2 国内外研究现状  13-15
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 本课题研究的目的及意义  15-16
  1.4 课题研究目标  16-18
    1.4.1 课题的研究内容  16-17
    1.4.2 课题研究的技术难点  17-18
第二章 系统总体方案及关键技术概述  18-29
  2.1 系统总体方案设计  18-19
    2.1.1 系统总体框图  18-19
    2.1.2 系统方案优势  19
  2.2 嵌入式系统技术  19-26
    2.2.1 ARM 处理器简介  20-21
    2.2.2 基于 ARM 的嵌入式系统开发  21
    2.2.3 嵌入式 Web 服务器及 CGI 技术  21-24
    2.2.4 Qt Qtopia Qt/Embedded  24-26
  2.3 CAN 总线技术  26-27
  2.4 视频监控技术  27-29
第三章 智能家居网关设计  29-44
  3.1 硬件平台设计  29-32
    3.1.1 硬件的选型  29-30
    3.1.2 CAN 总线接口设计  30-31
    3.1.3 SPI 接口 CAN 总线驱动设计  31-32
  3.2 软件平台搭建  32-41
    3.2.1 嵌入式系统软件开发环境搭建  32-33
    3.2.2 Uboot 引导程序移植  33-34
    3.2.3 移植 kernel  34-36
    3.2.4 根文件系统移植  36-38
    3.2.5 构建 Web 服务器  38
    3.2.6 Mjpg_streamer 移植  38-41
  3.3 网关程序设计  41-44
    3.3.1 远程监控 Web 程序设计  41-42
    3.3.2 本地监控 Qtopia 程序设计  42-44
第四章 CAN 总线网络设计  44-53
  4.1 CAN 总线模块设计  44
  4.2 CAN 模块控制程序设计  44-52
    4.2.1 Keil+Proteus 虚拟仿真平台建立  44-45
    4.2.2 可控硅调光模块设计  45-47
    4.2.3 温湿度传感器模块程序设计  47-49
    4.2.4 烟雾传感器模块程序设计  49-50
    4.2.5 继电器驱动电机模块  50-52
  4.3 CAN 模块通信程序设计  52-53
第五章 系统调试与功能测试  53-61
  5.1 网关功能测试  53-58
    5.1.1 远程 Web 控制测试  53-56
    5.1.2 本地触摸屏监控测试  56-58
  5.2 CAN 总线网络通信测试  58-59
  5.3 底层控制模块测试  59-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 全文总结  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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