基于嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ的智能窗帘控制系统设计与实现第三章系统的硬件平台设计智能窗帘硬件系统设计综合考虑因素有以下几点：（１）关于成本，想要在市场上有较高竞争力，首先必须考虑到价格。本课题的智能窗帘硬件系统它的主要功能是为了方便数据的传输和接收，所使用的是无线传输模块，低价格、低功耗的模块是我们首要的选择［２８］。（２）统一的接口标准，系统设计的时候我们要考虑接口的兼容性的问题，市面上传统的电动窗帘传感器接口没有做一个标准的统一化，这给我们后期工作带来很大的麻烦，还会使系统的兼容性降低，因为我们的数据传输、发送都需要无线装备，所以说一个稳定可靠地设备是必须的。（３）上位机的选择，伴随着信息网络的发展还有各类智能终端的发展，上位机的选择是多样的，最多就是智能手机还有平板电脑［ｚ，］以及其他的智能终端。多样性的选择给使用者在体验系统的全面和智能提供了极大的便矛ＩＪ［３０］。（４）系统整体功能的完整性，丰富完整的系统功能是决定一个智能窗帘发展的决定性因素，决定用户是否愿意使用，所以说完善系统的多样性的选择是研发者多多思考的问题。３．１系统总体框架设计根据硬件系统需要考虑的因素，基于嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ智能窗帘控制系统框架主要有信号采集处理与接收模块、控制中心和上位机三部分组成，其中信号采集处理【３１］与接收模块是有Ｚｉｇｂｅｅ终端、协调器和各类传感器电路组成；控制中心主要由ｓＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６单片机、电源转换电路、无线通信模块、数据存储模块、液晶显示屏［３２］；上位机有智能手机或者ＩＰＡＤ组成，其结构框图如下图３．１所示。通过对智能控制系统的各个模块的分析和设计，整体的系统可分为以下几个处理单元，图３—２为智能窗帘系统总体框图。（１）数据采集与处理单元该单元通过使用无线通信Ｚｉｇｂｅｅ技术，无线节点采集室内环境温湿度和光万方数据第三章系统的硬件平台设计照强度和按动开关电路，各个传感器采集到的信号传输到Ｚｉｇｂｅｅ终端，经过一系列处理后转换为相应的数据信号，包括Ａ／Ｄ转换和高低电平转换，数据经过处理后在ＯＬＥＤ屏进行显示，可以清晰看到Ｚｉｇｂｅｅ终端采集数据准确性。（２）数据传输单元Ｚｉｇｂｅｅ终端经过处理数据运用无线协议发给无线局域网中的协调器节点［１９】，协调器节点在运用串口实时发送给控制中心，其中协调器起到了中介作用，这样减少了有线布线环节，并且降低了系统成本和有利于设备安装。（３）控制中心单元控制中心核心是ＳＴＭ３２单片机核心板和外围电路组成，在嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ智能窗帘控制系统中，关键部分是对数据和指令进行分析和处理，而其中，整个控制系统需要处理数据和指令很多，因而控制中心没有高效和准确的处理能力，就无法体现智能窗帘中的智能。（４）执行结构单元执行结构主要有电机控制电路、电压电流采集电路、ＯＬＥＤ显示电路和报警电路，通过两路继电器控制电机正反转使窗帘实现关于开动作；运用互感器对电机电压电流进行实时采集，若出现异常，自动进行断电，对系统进行保护；其中ＯＬＥＤ屏主要显示系统时间，系统工作模式以及相应的参数；若造成系统异常，报警电路将会启动，进行警示。（５）上位机单元智能化系统主要一方面体现在无线控制，用户运用上位机查看系统运行状态和发送相应的控制指令，本文上位机通过ＷＩＦＩ模块与手机ＡＰＰ进行通信，利用ＧＳＭ模块与手机短信进行通信，实现近程和远程无线控Ｎ１３３１。图３－１系统结构框图Ｆｉｇ．３一ＩＳｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ１１万方数据基于嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ的智能窗帘控制系统设计与实现图３－２智能窗帘系统总体框图Ｆｉｇ．３－２Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｕｒｔａｉｎｓｙｓｔｅｍｏｖｅｒａｌｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍ３，２数据采集控制中心电路设计从３—２图中的智能窗帘系统的总体设计框架图我们可看出，我们的通信模块Ｚｉｇｂｅｅ在整个系统中的作用，不仅可以采集和传输数据而且它内部嵌入的５１内核还能充当系统环境参数的处理器的角色。这样做的优点首先可以充分利用Ｚｉｇｂｅｅ模块系统资源降低了成本，其次也能把系统的开发难度降低，最后这样使用还能减轻ＡＲＭ处理器控制的系统范围，降低了系统承受负担，便于整个系统完整平稳的运行。芯片的选择是多种多样的，经过对本系统整体的思考和考虑到成本、功耗等因素，我们选择的芯片是德州仪器（ＴＩ）公司生产的Ｚｉｇｂｅｅ芯片，它的型号是ＣＣ２５３０。选择这个芯片的原因是因为ＣＣ２５３０是主要用于ＩＥＥＥＳ０２．１５．４、Ｚｉｇｂｅｅ以及ＲＦ４ＣＥ应用的一个属于片上的系统解决方式。ＣＣ２５３０在ＲＦ４ＣＥ上主要是应用在远程控制、高层居住楼层自动化、智能照明系统、工业控制与视频监控等智能控制场合。３．２．１ＣＣ２５３０芯片介绍ＣＣ２５３０是一个可以解决ＣＭＯＳ方案的ＳＯＣ芯片，这个方案可以提高系统万方数据第三章系统的硬件平台设计整体的性能还能满足以Ｚｉｇｂｅｅ煳２．４ＧＨｚＩＳＭ波段应用对低成本和低功耗的要求，其结构框图如下图３．３所示。圈３－３ＣＣ２５３０结构框图Ｆｉｇ．３－３ＣＣ２５３０ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍＣＣ２５３０芯片继承了以前的ＣＣ２５２０芯片的性能，一个单独的ＣＣ２５２０芯片上集成了微处理器、内存、Ｚｉｇｂｅｅ射频（Ｉｕ）前段。其主要特点如下。（１）同时包括高性能和低功耗的８位８０５１ＭＣＵ器核【３５】；（２）Ｚｉｇｂｅｅ／８０２．１５．４全兼容的硬件层、物理层；（３）耗能低，体眠工作模式时仅有１础的损耗，待机模式时少于０．２脚的损耗；（４）硬件支持ＣＳＭＡ／ＣＡ功能［３６］；（５）安全指数高，含有集成ＡＥＳ安全协处理器［３７］。３．２．２Ｚｉｇｂｅｅ硬件组网电路设计在本课题系统研究中，Ｚｉｇｂｅｅ硬件组成电路包含有Ｚｉｇｂｅｅ协调器、Ｚｉｇｂｅｅ终端、信号采集传感器【３８】，它们共同作用形成一个星型的网络结构，这样有利于数据的传送和处理。３．２．２．１Ｚｉｇｂｅｅ终端Ｚｉｇｂｅｅ终端的主要功能是采集数据以及对数据进行处理，还需要把采集的数据上传给协调器节点。Ｚｉｇｂｅｅ终端传感器、处理器、天线、电源、指示灯这几个模块组成［３９］。３．２．２．２Ｚｉｇｂｅｅ协调器协调器节点［１９］是系统的重要组成部分，它管理着整体系统网络的数据正常传１ｊ万方数据基于嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ的智能窗帘控制系统设计与实现输。在本课题设计中环境参数系统的协调器节点并不需要采集数据，它负责接收数据并将数据通过串口上传，所以网络协调器节点【１９］由电源转换模块、串口通信模块、信号ＬＥＤ灯、ＭＣＵ模块和天线模块组成［４１】。其中ｚｉｇｂｅｅ节点与Ｚｉｇｂｅｅ协调器通过绑定方式连接在一起，绑定步骤如下。（１）设备Ａ发送绑定请求至协调器，设备Ｂ发送绑定请求至协调器，当协调器接到Ａ和Ｂ绑定请求数据包，协调器建立绑定表后，使得设备Ａ和Ｂ不同端点进行绑定［４２】。（２）设备Ａ发送数据给协调器，协调器唧再把数据发送给设备Ｂ【４３］。（在简单系统使用中，协调器可以没有，本设计系统中设备Ｂ充当协调器作用。）图３．４是绑定过程图。●——————争ＬＥｌｇｔｇ＂迥◆………一Ｉｐ－聃理信道图３—４Ｚｉｇｂｅｅ协议绑定过程图Ｆｉｇ．３—４Ｚｉｇｂｅｅｐｒｏｔｏｃｏｌｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｄｉａｇｒａｍ为了降低设计程序难度，协调器［１９］及Ｚｉｇｂｅｅ终端需要有相同的端口号和结构，均运用同样的架构［３９】，提供同样的端口，下图３－５是数据采集节点结构图。图３－５数据采集节点结构图Ｆｉｇ３—５Ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｎｏｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ万方数据
基于嵌入式智能窗帘控制硬件设计 - 图文
