嵌入式智能家居系统总体设计

系统总体设计

§1.1系统结构框架

智能家居图形用户界面（GUI）呈现给用户的应当是高度的可靠性和美观，易操作的界面。这就要求一种占用资源少并能支持多种字符集的机制。系统内部通常包含网络通信，图形显示等等模块，几个程序之间并发执行，这就涉及到进程间的通讯。本文提出了一种基于Vxworks应用程序开发框架的智能家居管理系统，不仅提供了操作简单，多种语言支持的前台图形操作窗口，还利用LCD 触摸屏技术对信号进行输入，达到方便快捷易操作的目的。系统本身是面向接口的，易于扩展和维护，符合软件工程化的要求。

图1 智能家居终端系统结构

根据家居的设备管理控制的分类，在界面管理上实现如下功能：家居安防，家电控制，照明控制，温度控制，气体检测，及系统设置等模块。本系统的结构图如图1所示。

终端系统工作时，后台进程会循环监听服务器，检查服务器端有没有新的消息发送，如有新的信息到来，则通知终端的GUI程序对界面做出响应，以提示用户处理，而服务器的连接通过TCP/UDP实现。同时终端的GUI响应用户的相关操作，通过后台程序实现对各种电器的管理和服务器的通讯，记录用户操作和各种传感器的反馈数据等。

§1.2系统模块设计

系统的模块设计主要有三部分组成：微处理器模块、CAN总线模块和人机接口模块组成。

§1.2.1微处理器模块

这里用的嵌入式微处理器是32位的RISC微处理器S3C2410A。

S3C2410A是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，只要面向高性价比、低功耗的手持设备应用。S3C2410A在片上集成了单独的16KB指令cache 和16KB数据cache，并且提供了一组完整的系统外围设备接口，从而大大减少了整个系统的成本，缩减了系统配置额外器件的开销。S3C2410A芯片集成了大量的功能单元：

(1)内部1.8V，存储器3.3V，外部I/O3.3V，16KB数据Cache，16KB指令Cache，MMU。

(2)内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑）。

(3)LCD控制器，一个LCD专业DMA。

(4)4个带外部请求线的DMA。

(5)3个通用异步串行端口（IrDA1.0，16-Byte Tx FIFO and 16-Byte Rx FIFO），2通道SPI

(6)一个多主I2C总线，一个I2S总线控制器。

(7)SD主接口版本1.0和多媒体卡协议版本2.11兼容。

(8)4个PWM定时器和一个内部定时器。

(9)看门狗定时器。

(10)117个通用I/O。

(11)56个中断源。

(12)24个外部中断。

(13)8通道10位ADC和触摸屏接口。

(14)16/32位RISC体系结构，使用ARM920T CPU核的强大指令集。

(15)指令缓存（Cache）、数据缓存、写缓存和物理地址TAG RAM，减小了对主存储器带宽和性能的影响。

§1.2.2CAN总线模块

由于S3C2410A不带CAN总线控制器，因而采用串行外设接口SPI进行扩展，其接口原理图如下所示。CAN总线控制器选用Microchip公司的MCP2510，MCP2510是一种带有SPI接口的CAN控制器，它支持CAN技术规范V2.0A/B；并能够发送和接收标准的和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。MCP2510通过SI接口与MCU进行数据传输，最高数据传输速率可达5Mb/s，MCU可通过MCP2510与CAN总线上的其他MCU单元通信。MCP2510内含三个发送缓冲器、两个接收缓冲器。同时还具有灵活的中断管理能力，这些特点使得MCU对CAN总线的操作变得非常简便。其结构图如图2所示，MCP2510的主要特点如下：

(1)支持标准格式和扩展格式的CAN数据帧结构；

(2)0~8字节的有效数据长度，支持远程帧；

(3)最大1Mb/s的可编程波特率；

(4)2个接收缓冲区，三个发送缓冲区；

(5)SPI告诉串行总线，最大5MHz；

(6)3~5.5V宽电压范围供电；

图2 CAN 总线接口模块的原理图

§1.2.3 人机接口模块

人机接口模块作为用户与系统的交互界面，是系统的活的灵魂。人机接口模块的液晶显示器包括两个设备：LCD 和触摸屏。触摸屏是透明的，一般情况下都是与LCD 粘在一起，当用户在触摸屏上点击时，系统可以得到点击的位置，将该位置坐标换算到LCD 坐标，就可以实现用户与机器的交互。S3C2410A 自带LCD 控制器，集成了LCD 控制器，如图3所示。

图3集成了LCD 控制器的嵌入式处理器体结构

S3C2410A 支持TFT ／STN 型的LCD ，但是不能直接与LCD 相连，需要接口板驱动，而本系统所用台湾建美电子股份有限公司的LCD 集成了驱动电路，使得设计更为方便稳定，该LCD 应用了最新的QVGA 技术，分辨率是240×320像素的液晶输出方式，使得显示的像素更高、更清晰。该LCD 采用4线电阻触摸屏，4线电阻模拟量技术的2层透明金属层工作时每层均增加恒定电压：一个

CAN 总线 处理器内核

系

统

总线 SDRAM 控制器 LCD DMA

FIFO LCD 控制器 SDRAM

液晶显示屏

Soc 片内

竖直方向YD、YU，一个水平方向XR、XL，总共需4根电缆。其特点是：高解析度，高速传输反应，表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理，具有光面及雾面处理，一次校正，稳定性高，永不漂移通过。JEMITEK的LCD通过50引脚的插座与S3C2410A接口电路连接。

S3C2410A具有8通道模拟输入的10位CMOS模数转换器(ADC)。它将输入的模拟信号转换为10位的二进制数字代码。在2.5MHz的A/D转换器时钟下，最大转换速率可达到500KBPS。A/D转换器支持片上采样和保持功能，并支持掉电模式。

触摸屏是透明的，一般情况下都是与LCD粘在一起，当用户在触摸屏上点击时，系统可以得到点击的位置，将该位置坐标换算到LCD坐标，就可以实现用户与机器的交互。S3C2410A的AIN7和AIN5用于连接触摸屏的模拟信输入。