基于Linux的智能家居的设计(3)

2  硬件设计

本课题的硬件设计包含主控制器、传输数据设计、数据採集设计、控制驱动设计、显示设计。门禁设计。

2.1  主控制器

依据方案三选择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。硬件性能上全然能够实现。本设计选用的基于S3C6410的OK6410开发板。开发板上拥有例如以下特征^[10]：

（1）  12MHz、48MHz、27MHz、32.768KHz时钟源，支持5V电压供电；

（2）  採用8位拨码开关设置系统启动方式；

（3）  共4个串口，包含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，採用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所看到的：

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2.2  传输数据

本课题的传输数据分为PC机和主控制板之间的传输数据。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。详细的设计框图如图2-2所看到的：

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图2-2  传输数据设计框图

2.3  数据採集部分

数据採集包括有温湿度的採集、光照度的採集、视频数据的採集。

2.3.1  温湿度传感器DHT11

温度传感器採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所看到的：

图2-3  DHT11温湿度传感器的电路原理图

2.3.2  光照度传感器

光照度採集传感器採用的是採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所看到的：

图2-4  光照度传感器电路原理图

2.3.3  COMS摄像头

本课题COMS摄像头採用的硬件是OV9650作为图像採集传感器。OV9650与S3C6410的接口原理图如图2-5所看到的：

图2-5  OV9650与S3C6410的接口原理图

2.4  无线传输模块

本课题採用的是网蜂的Zigbee模块进行无线传输。

网蜂Zigbee的特点例如以下^[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所看到的：

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port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port接P1_5port；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。

2.5  控制驱动部分

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，其原理图如图所看到的：

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。逻辑电路原理图例如以下所看到的：

图2-8  UL2003A逻辑电路原理图

2.6  显示部分

本课题的显示部分使用的4.3寸TFT屏，LCD的硬件主要包含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，每一个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所看到的：

图2-9  TFT触摸屏和S3C6410硬件接口图

2.7  门禁部分

门禁系统使用的是RFID读卡模块RC522，利用舵机控制门的开关，当钥匙不对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所看到的：

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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)。