本课题的硬件设计包括主控制器、数据传输设计、数据采集设计、控制驱动设计、显示设计,门禁设计。
根据方案三选择S3C6410主控芯片,S3C6410是由Samsung公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器 ,基于ARM11内核,内置强大的硬件加速,显示处理和缩放,运动视频处理,音频处理[9]。这个作为智能家居的处理器是不二之选,硬件性能上完全可以实现。本设计选用的基于S3C6410的OK6410开发板。开发板上拥有如下特征[10]:
(1) 12MHz、48MHz、27MHz、32.768KHz时钟源,支持5V电压供电;
(2) 采用8位拨码开关设置系统启动方式;
(3) 共4个串口,包括1个五线RS 232电平串口(DB9母座);
(4) 触摸板接口支持4线电阻式触摸板;LCD接口支持4.3寸TFT LCD,利用触摸屏实现人机交互;
(5) 1个CMOS摄像头接口,支持ITU-RBT601/656 8位模式,使用10*2插针连接器;
(6) 1个100M网口,采用DM9000AE,带连接和传输指示灯。
本次课题OK6410开发板的RS232电平串口与PC机相连;3个三线TTL电平串口(20pin2.0mm间距插头座)与ZigBee协调器相连;网口与PC相连进行网络通信;10*2插针连接器与CMOS摄像头相连。
OK6410开发板实物图如图2-1所示:
本课题的数据传输分为PC机和主控制板之间的数据传输,它们之间使用网络双绞线和串口线进行连接;主控制板与无线网络传感器之间的通信,使用TTL电平转串口;无线网络传感器与无线网络传感器之间的通信,使用Zigbee协议栈;以及摄像头与主控制器通过10*2插针连接器直接进行通信。具体的设计框图如图2-2所示:
图2-2 数据传输设计框图
数据采集包含有温湿度的采集、光照度的采集、视频数据的采集。
温度传感器采用的是含有已校准数字信号输出的DHT11温湿度传感器。其电路原理图如图2-3所示:
图2-3 DHT11温湿度传感器的电路原理图
光照度采集传感器采用的是采用灵敏型光敏电阻传感器,模块在环境光线亮度达不到设定阈值时,DO 端输出高电平,当外界环境光线亮度超过设定阈值时,DO 端输出低电平。电路原理图如图2-4所示:
图2-4 光照度传感器电路原理图
本课题COMS摄像头采用的硬件是OV9650作为图像采集传感器。OV9650与S3C6410的接口原理图如图2-5所示:
图2-5 OV9650与S3C6410的接口原理图
本课题采用的是网蜂的Zigbee模块进行无线传输。
网蜂Zigbee的特点如下[11]:
(1) 高性能、低功耗的8051微控制器内核;
(2) 适应2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收发器;
(3) 电源电压范围宽(2.0~3.6V);
(4) 看门狗、电池监视器和温度传感器;
(5) 具有8路输入8~14位ADC;
(6) 2个支持多种串行通信协议的USART,1个红外发生电路;
(7) 1个通用的 16 位和2个8位定时器;
(8) 21个通用I/O引脚,2个具有20mA的电流吸收或电流供给能力;
(9) 小尺寸QLP-40封装,6mm×6mm。
电路原理图如图2-6所示:
图2-6 zigbeeCC2530电路原理图
Zigbee的P0_2、P0_3分别与OK6410开发板上的RXD1和TXD1连接实现数据的传输;Zigbee的P0_6与DHT11的数据端口相连接,实现温湿度数据的传输;P1_4、P1_3、P1_2、P1_1分别接到UL2003A芯片驱动电灯;可调的光敏传感器的数据端口接P1_5端口;P1_6接在电机(空调)的驱动器上,控制电机的转动;P1_7接在减速电机(窗帘)的驱动器上,控制窗帘的开关;P0_4、P0_5与门禁模块相连接,读取门禁卡的信息;P0_0与舵机的信号线相连,控制门的开关。
空调电机的控制和窗帘电机的控制使用的LN298电机驱动模块,其原理图如图所示:
图2-7 LN298电路原理图
灯具的控制驱动使用的是UL2003A驱动芯片。8号引脚接电源的+5V,16号管脚接电源的GND。逻辑电路原理图如下所示:
图2-8 UL2003A逻辑电路原理图
本课题的显示部分使用的4.3寸TFT屏,LCD的硬件主要包括LCD玻璃板、LCD驱动器和LCD控制器。LCD控制器和LCD驱动器之间的接口信号主要有:VD0~VD23、VCLK、HSYNC、VSYNC、VDEN、LCD_PWERN、TSXP、TSYP、TSXM、TSYM[12]。这里的VD0~VD23是LCD像素数据信号线,用来传输要显示的数据;VCLK是显式时钟信号,每个VCLK信号,LCD控制器传送一个像素的数据到LCD;HYSNC是水平同步信号,也称为行同步信号;VSYNC是垂直同步信号,也称为帧同步信号;VDEN是数据使能信号;TSXP、TSXM是用来确定平面上X轴上的坐标;TSYP、TSYM是用来确定平面上Y轴上的坐标。TFT触摸屏和ARM之间的硬件框图如图2-9所示:
图2-9 TFT触摸屏和S3C6410硬件接口图
门禁系统使用的是RFID读卡模块RC522,利用舵机控制门的开关,当钥匙不正确时刷卡会出现蜂鸣器报警,直到正确的钥匙到了开门才停止报警。门禁部分的基本框图如图2-10所示:
图2-10 门禁部分的基本框图
后面的在基于Linux的智能家居的设计(4)。
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