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基于WIFI智能家居把握体系的设计

发布时间:2019-03-28 07:16:45 文章来源:未来智讯    
    基yuWIFI智能家居bawoti系deshejizuo者:未知 摘 要:针对人们对智能家居de要qiu对智能家居把wo体系jinxing剖析heqie磋提议yi种低cheng本、易扩展、利便适yongde家居把wo体系选取Android智能shouji作wei家居把握zhong端bingxing使FPGA构建NIOS IIruanhe,设立智能家居硬件把握pingtai该体系可用于tongsude室庐家庭用户,兑现了家用dianqi的WIFI无线把握
 关头词:Android;FPGA;智能家居;WIFI
  中图fen类号: TP39 文献标识码:A 文章编号:2095-21632014)06-
  Abstract: For people’s requirement of intelligent household, the paper make an analysis and research to the control system of smart home, and puts forward a kind of low cost, easy extension, convenient and practical home control system. Android smartphones as household control terminal, and by using FPGA build NIOS II soft core, intelligent household hardware control platform is established. The system can be used for ordinary residential home users, and has realized the WIFI control of household appliances.
  Key Words:Android; FPGA; Smart Home; WIFI
  0引 言
  跟着社会的不xi前进和信息技yi的迅猛成长,主dong把握技艺和信息家dian相联合的智能家居体系正悄然走进人们的日常糊口。智能家居首要是议决物联wang技艺将种种家dian联贯dao一同,可对家庭照明、窗帘、暖通进行遥控,同shi还具有防盗报jing、情况状态jian测和按时把握deng高端功能[1]。近年来WIFI技艺的日趋老练,决意了基于Androidpingtai的智能手机得到了大规模的遍及yu推广[2],这就使得议决智能手机作为把握终端对家电进行无线把握进来了实际可行阶段,并qiezai相当水ping上还可使智能家居体系加倍利便轻捷。与此同shiSOPCpianshangti系也因其具有的较高设计效果和较强轻捷性,而beiye界称为“半导体财产的将来”。若行使FPGA构建SOPCpian上体系,鉴于FPGA具有的较强纷乱luo辑把握才力和壮大的并行执行上风[3],行使FPGA构建嵌入shi硬件ping台进行体系设计也随之表示了优liang的应用远景和辽阔的市场价值。
  本文即以Android智能手机作为家居把握终端,在FPGA发板上设计基于NIOS II的片上体系作为网络互联接口,并在其根本上议决WIFI无线通讯体式格局兑现了智能家居终端与家电的胜利互联[4]。
  1 体系总体设计
  本课ti以Cyclone III系列芯片为焦点的FPGA硬件把握平台kai展研发和设计,ge中包罗了按键、蜂鸣qi、数码管等基本外设。兑现过程是:议决在FPGA芯片内部嵌入NIOS II软he作为通讯和把握焦点,从而构建SOPC片上体系。同时,又行使Eclipse开辟平台设计基于Android的客户端软件,手机客户端则议决Socket套接字向chu于统一WIFI网络下的硬件把握平台发送信息,硬件平台将凭据接管的信息对家电进行把握。别的,把握平台还能够监测家电的事情状况及室内的情况前提,并且将有关信息chuan递gei手机客户端,使用户对室内状态保留优良的信息透明度。
 2 体系硬件平台设计
  硬件平台是体系具有优良不变性的根本和条件。思虑到实际的现实xuqiu,硬件xu由FPGA把握平台、WIFI模块、jidianqi模块构成,具体如图1suo示。
  下面将对硬件设计中gezu成模块的功能兑现给出详细解析和阐明。
  2.1 FPGA把握平台
  FPGA把握平台是硬件体系的焦点,首要认真lingshou和处置把握指令、把握动作电lu、监测及反馈状况信息等。两全设计需求及体系成本,FPGA选择了Cyclone III系列中性价比更为优houdeEP3C5E144C8N,该款芯片内部蕴含5 136个逻辑单位、95个尺度用户I/O口、46个九位嵌入式乘法器以及两个锁相环,能够流利运行NIOS II软核[5]。存储芯片则选择了三星公司的K4S561632E-UC75动态存储芯片,容量为256Mb,位宽16bitswei了使用利便,焦点板上还设计了一款容量为16Mb的FPGA专用设置芯片EPCS16[6]。同时,思虑到把握平台的通用性、可移植性及可扩展性,平台上又进一步设计了四个LED、两位共阴极数码管、一个蜂鸣器、四个拨码开关和八gean键开关等基本外设。并且,电源芯片选用了ASM1117-2.5、ASM1117-3.3和LM317,这三款芯片可离别为FPGA供给2.5V、3.3V、和1.25V电压。别的,FPGA全部用户I/O口都已引出,以便扩展。
  2.2 无线WIFI模块
  无线模块选取的是深圳市海凌科电子有限公司的HLK-RM04,该模块是基于通用串行接口且相符网络尺度的嵌入式模块,内置TCP/IP 和谈栈,可以兑现用户串口、以太网wuxianwangWIFI)三个接口之间的转换。在本次研发设计中,该模块的首要作用是将WIFI无线旌旗灯号议决串口与FPGA把握中心兑现相互通讯。
  2.3 继电器模块
  因为智能家居体系的把握对象是通俗家电,都属于强电用电器,是以使用把握平台施展操控作用时就必要议决继电器来兑现间接把握。继电器选取的松乐继电器。为保证继电器可以顺遂紧闭,本模块选取了达林顿晶体管ULN2003L来添加FPGA的驱动才力,兑现原理如图2suo示。   在FPGA内部进行NIOS II片上体系设计首要包罗两个方面:(1) 在FPGA芯片内部进行硬件电路设计, (2)编写基于NIOS II的软件步zhou。下面将离别伸开详细论说。
  3.1 硬件电路设计
  硬件体系由时钟、NIOS II软核、音效模块构成。NIOS II软核以及音效模块所必要的时钟频率均不不异,是以就必要行使FPGA内部的一个嵌入shisuo相环对时钟进行分频和倍频,如许可使整个体系到达频lvtong步。在此根本上,设置NIOS II软核,由其完成指令的下达,数据的输入输出。而音效模块则是家庭音xiang,首要由Android客户端兑现把握。
  3.2 基于NIOS II的软件设计
  NIOS II支撑C说话开辟步zhou代码,而且供给壮大的硬件抽象层体系库(HAL)。NIOS II处置器的外围器件许可用户议决HAL的API接口对底层硬件进行直接会见[7-8]。同时,HAL体系库界说了一组基本功能,使设计者能够对常用器件直接进行初始化和会见,而不再必要思虑底层硬件,yun云就大大简化了步骤的设计流程。步骤运行烧写至FPGA内部的NIOS II软核中,首要功能除了领受WIFI无线模块传来的串口信息、译码并把握电路发生响应动作外,还包罗领受和处置各模块的状况信息、以及反馈给WIFI无线模块。
  4 Android客户端设计
  本客户端是在Windows 7 操作体系下完成构建的。Android 的客户端是用户与把握体系进行信息gou通的交互界面。客户真个功能体现便是要设计用户界面和Socket 之间的胜利通讯。议决Socket 通讯,即开启网络套接字,由 WIFI网络传递信息。Android客户端安装用户手机,手机和体系的WIFI模块联贯到统一个AP热门。Android客户端议决“套接字”向网络(WIFI模块)供给发送央求或者应答央求,触发后台应用步骤,应用步骤对操作指令进行剖析后发送响应的把握信息并议决路由器传递给WIFI模块,WIFI模块再将领受到的信息转换为串口信息,又传递给FPGA内部的NIOS II软核,NIOS II软查对领受到的信息进行处置后则把握响应的引脚动作,进而由引脚把握继电器的吸合和断开,由此erdui现对通俗家电的完整把握过程。开辟后的客户端界面如图3所示。
  Android客户真个用户界面wenjian蕴含了若干个TextView(文本框)控件和一个Button(按钮)控件,用户能够议决界面中的按键发生响应的操作。功能清单文件AndroidManifest.xml是对应用步骤的全局描绘,也是应用步骤不行或缺的一个严zhongwen件,全部应用步骤所使用到的组件均存在于AndroidManifest.xml文件中,而且颁发而与其相关的te征和要求声明。步骤代码由JAVA说话编写,交互界面之间的切换与显示则由TabHost控件兑现与维护。Android软件议决“套接字”向网络(WIFI模块)提议发送央求或者应答央求,步骤设计时,对Socket通讯将必需赐与注zhong和相当的思虑。
  5 告终语
  本设计兑现了用Android智能手机对通俗家电的终端把握。将Android客户端应用软件胜利安装,经重复尝试测试,本体系本能不变。并且,能够议决家庭内部网络兑现对家居设备的无线把握。本把握体系使用智能手机软jianyu无线网络相联合的要领, 并选取SOPC体系进行设计,使deshe计的效果和轻捷性大大提高。同时,这种体式格局还兑现了优良的通用性,且易于移植和扩展。是以本设计就具有很强的shiyong性和优良的普适性。
  参考文献:
  [1] 张语涵.基于WIFI网络智能家居体系的设计与兑现[D]. 天津:天津工ye大学,2012.
  [2] 王朝华,陈德艳,黄国宏,等.基于Android的智能家居体系的切磋与兑现[J]. 谋略机技艺与成长,2012,22(6),225-228.
  [3] 吴厚航.爱上FPGA开辟[M]. 北jing:北京航空航天大学出书社,2011:13-40.
  [4] 申庆华.基于WIFI的嵌入式家庭无线网的切磋与设计[D]. 桂林:桂林理工大学,2010:2-10.
  [5] ALTERA Corporation.Cyclone III Device Handbook[M].2008.
  [6] ALTERA Corporation.Cyclone III EP3C10 Device Pin-Out[M].2008.
  [7] 袁海林.基于Nios II的嵌入式智能网络家居体系的设计[J]. 湖北平易近族学院学报,2007,25(1),57-60.
  [8] 赫开国,倪德克,郑燕.基于Nios II内核的FPGA电路体系设计[M]. 北京:电子工业出书社,2010.
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