智能小區(qū)通信終端項目架構(gòu)的設(shè)計

學號： 11034020347 畢業(yè)設(shè)計說明書智能小區(qū)通信終端項目架構(gòu)的設(shè)計The design of Intelligent village communication terminal project architecture學院 計算機與電子信息學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 電氣11-3 學生 張桐 指導教師（職稱） 熊建斌（副教授） 設(shè)計時間 2015 年 1 月 1 日至 2015 年 6 月 7 日廣東石油化工學院本科畢業(yè)設(shè)計誠信承諾保證書本人鄭重承諾：智能小區(qū)通信終端項目架構(gòu)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容真實、可靠，是本人在熊建斌教師的指導下，獨立進行研究所完成。畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔全部責任。 學生簽名： 年 月 日專業(yè)負責人批準日期 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書院（系）： 計算機與電子信息學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣11-3 學生： 張桐 學號： 11034020347 一、畢業(yè)設(shè)計課題 智能小區(qū)通信終端項目架構(gòu)的設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計工作自 2015 年 1 月 1 日起至 2015 年 6 月 7 日止三、畢業(yè)設(shè)計進行地點 廣東石油化工學院 四、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要求 實現(xiàn)的內(nèi)容： （1）門禁功能的通信； （2）電子公告的通信； （3）多媒體視頻無線點播通信； 該課題的具體內(nèi)容要求： （1）系統(tǒng)方案的設(shè)計； （2）硬件平臺設(shè)備的購買以及硬件平臺的搭建；（3）寫好畢業(yè)設(shè)計說明書；（4）盡可能寫一個專利或軟件著作權(quán)版（5） 要吃苦耐勞，能靜下心來做一些事情。 指導教師 熊建斌 接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)開始執(zhí)行日期 2015 年 1 月 1 日學生簽名 摘要摘要智能小區(qū)就是采用先進的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息系統(tǒng)集成技術(shù)，對住宅小區(qū)進行科學合理的規(guī)劃設(shè)計、高質(zhì)量地建設(shè)、優(yōu)化集成，使住宅小區(qū)品味和素質(zhì)提升，為人們的現(xiàn)代居住生活提供更好人居環(huán)境，更體貼入微的管理服務(wù)。智能小區(qū)在設(shè)計規(guī)劃中需要滿足業(yè)主對安全、舒適的居住環(huán)境、便捷的社區(qū)服務(wù)與管理、具有增值應(yīng)用效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信等方面的實現(xiàn)及其他個性化需求。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，相關(guān)產(chǎn)品會逐漸趨于成熟，而且制造成本會越來越低，智能小區(qū)系統(tǒng)終將走入尋常百姓家。其系統(tǒng)構(gòu)成有這樣的特點：采用先進的、符合標準的技術(shù)和設(shè)備；同時所有的系統(tǒng)均采用集散式的構(gòu)造方式，既具有分散的終端或設(shè)備，又通過網(wǎng)絡(luò)集中到一個管理或控制中心，中心提供公共信息資源；最后，所有的智能系統(tǒng)既可獨立，又可在計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)集中管理。隨著住宅產(chǎn)業(yè)的向前發(fā)展以及國民對居住環(huán)境要求的不斷提高，市場空間還會大幅度的上升，智能小區(qū)市場前景樂觀，能夠帶來良好的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞： 智能小區(qū)；集散式；經(jīng)濟效益 IAbstract目錄AbstractIntelligent village is the adoption of advanced sensor technology, network and communication technology, automatic control technology, information system integration technology, the residential district scientific and reasonable planning and design, high quality construction, optimization of integration, the taste and quality promotion for residential district, provide a better living environment for peoples modern living life, a more thoughtful management services.Intelligent village in design planning need to meet the safe of owner, comfortable and convenient living environment of community service and management, with value-added application effect of the realization of the network communication, etc, and other personalized needs. With the continuous progress of modern science and technology, related products will gradually mature, and the manufacturing cost will be more and more low, intelligent community system will eventually to ordinary people.Its system structure has such characteristics: advanced, accord with a standard technology and equipment; At the same time, all the system adopts the structure of the distribution type, has dispersed terminal or equipment, and through the network to focus on a management or control center, center provides the public information resources; Finally, all the smart systems can be independent, but also on the basis of computer network to realize centralized management.With the forward development of housing industry and national living environment asks is ceaseless rise, the market space will rise significantly, intelligent village market outlook, can bring good economic benefits.Keyword： Intelligent village，distribution type，economic benefit 目錄目錄摘要IAbstractII目錄III第一章 緒論11.1 智能小區(qū)簡介11.2 目的和意義11.3 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀11.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 智能小區(qū)系統(tǒng)及需要實現(xiàn)的功能42.1 項目架構(gòu)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)42.2 小區(qū)智能信息終端管理系統(tǒng)功能4第三章 硬件設(shè)計63.1 ARM處理器介紹63.2 ARM處理器的結(jié)構(gòu)和外設(shè)63.3 門禁對講音頻接口電路架構(gòu)73.4 主要功能模塊73.4.1 微處理器73.4.2 語音處理芯片83.4.3 IIS音頻總線83.4.4 音頻接口電路原理圖及工作原理83.5 應(yīng)用軟件設(shè)計93.6 LED顯示屏設(shè)計架構(gòu)123.6.1 LED顯示屏工作原理及結(jié)構(gòu)123.6.2 系統(tǒng)工作原理143.6.3 顯示控制終端的實現(xiàn)143.6.4 硬件平臺143.7 小區(qū)多媒體無線點播終端架構(gòu)163.8 無線點播系統(tǒng)所需接口183.8.1 USB接口183.8.2 觸摸屏LCD接口183.8.3 TF卡接口193.8.4 AC97接口的音頻接口203.8.5 SDI無線WIFI接口213.8.6 有線以太網(wǎng)接口22第四章 設(shè)備驅(qū)動程序244.1 觸摸屏驅(qū)動244.1.1 硬件原理244.1.2 觸摸屏驅(qū)動開發(fā)254.1.3 LCD背光驅(qū)動294.2 RS485 驅(qū)動324.2.1 串口驅(qū)動框架324.2.2 RS485驅(qū)動開發(fā)324.3 LCD驅(qū)動35第五章 功能模塊的設(shè)計375.1 實現(xiàn)電子信息公告通信375.2 實現(xiàn)多媒體無線點播通信375.2.1 程序功能375.2.2 程序流程385.2.3 VOD系統(tǒng)中MPEG-4視頻流的傳輸實現(xiàn)395.2.4 服務(wù)器端軟件的實現(xiàn)405.2.5 流媒體的傳輸415.2.6 流媒體的傳輸協(xié)議415.2.7實時傳輸協(xié)議RTP與RTCP42總結(jié)43致謝44參考文獻45 IV第一章 緒 論第一章 緒論1.1 智能小區(qū)簡介隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化建筑在發(fā)達國家應(yīng)運而生。在1984年，一座舊式大樓被美國哈特福特市改造，而且，大樓的空調(diào)，電梯、照明，防盜等設(shè)備采用計算機進行監(jiān)測控制，為客戶提供語音方面的通信、文字處理、電子郵件和情報資料等信息服務(wù)，被稱為世界上第一座智能化大樓。隨后，這種形式的大樓在各國掀起了熱潮，而我國也引進了這一新的技術(shù)。 智能小區(qū)是由智能化大樓的基本含義中衍生和擴展出來的。由于“智能化”是一個相對的概念，“智能化”技術(shù)本身也是在不斷地發(fā)展、完善、直到成熟，所以說小區(qū)智能化是一個過程，它應(yīng)當隨著智能化技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷增加而增長。因此，在目前還沒有一個明確的定義，但卻有一點共識，那就是“智能小區(qū)”是運用信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)提升傳統(tǒng)住宅的功能，使其實現(xiàn)方便快捷的信息通訊、安全舒適的居住條件、高效科學的物業(yè)管理。智能小區(qū)的建設(shè)的宗旨是向住戶提供“安全、舒適、便捷”的生活條件，能為住戶提供真正意義上的實用服務(wù)。1.2 目的和意義隨著不斷深入的住房商品化程度，智能化住宅具有更為廣泛的市場需求，住宅的智能化功能多樣化變得愈為緊迫。自從九十年代的中期，我國在提出智能化住宅小區(qū)的概念以來，各地智能小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展逐漸成步入了正軌，智能住宅已成為樓市中的一大亮點。智能住宅小區(qū)系統(tǒng)側(cè)重于滿足住戶安全性、居住環(huán)境舒適性、社區(qū)服務(wù)便利性以及社區(qū)管理、網(wǎng)絡(luò)通信等方面的實現(xiàn)和個性化的需求。 智能住宅小區(qū)的自動化系統(tǒng)構(gòu)成的重點在于安全防范、物業(yè)管理及社區(qū)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信等方面。它的系統(tǒng)構(gòu)成獨具特點：首先必須采用先進的、符合標準的技術(shù)和設(shè)備；同時所有的系統(tǒng)均采用集散式的構(gòu)造方式，既具有分散的終端或設(shè)備，又通過網(wǎng)絡(luò)集中到一個管理或控制中心，中心提供公共信息資源；最后，所有的智能系統(tǒng)既可獨立，又可在計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)集中管理。1.3 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀國外智能住宅的發(fā)展幾乎與智能大廈同步。之后，在美國成立了現(xiàn)代住宅研究會，專門研究這一領(lǐng)域。在1983年，美國電子工業(yè)協(xié)會開始制定家庭電氣設(shè)計標準。1984年，美國住宅建筑者協(xié)會成立了一個關(guān)于現(xiàn)代住宅的開發(fā)公司，開展相關(guān)基礎(chǔ)性的研究，并在1989年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通訊合成為整體的布線系統(tǒng)單元來進行示范。在這期間，智能住宅的概念在歐美等發(fā)達國家得到了一致的認同。在1986年,歐洲把智能化的家庭系統(tǒng)研究列為尤利卡計劃，進而大力地推動研究工作。當時日本正處于住宅建造過剩，房產(chǎn)市場低迷的時期，日本建設(shè)省在推進智能建筑概念時，以用于住宅的總線技術(shù)為契機，在幕張建立了一個相當高水平示范性的智能住宅區(qū)，美國、新加坡也都建有基于EIA在1988年制定的智能化住宅系統(tǒng)及其通信標準家庭總線的智能化住宅。在東南亞，新加坡的智能建筑技術(shù)研究處于領(lǐng)先水平。如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，己用在30多個住宅小區(qū)。在“98亞洲家庭電器與電子消費品國展覽會”上展示的“未來之家”，其智能品質(zhì)受到人們的廣泛關(guān)注。智能住宅系統(tǒng)的功能比較多樣化且全面，具有的功能有安全自動化、設(shè)備自動化和通訊自動化?，F(xiàn)在，國外的智能住宅系統(tǒng)技術(shù)己逐漸成熟，預(yù)計在今年的新房里，50%以上將具有一定的“智能型住宅”功能。于此同時，由于技術(shù)的日益標準化，這些新型智能住宅系統(tǒng)將比比爾.蓋茨耗資6000萬美元的高端別墅便宜得多。在智能住宅的系統(tǒng)研發(fā)方面，美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先的地位。近年來，以美國微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國外知名企業(yè)，先后躋身于智能家居的研發(fā)中。例如，微軟公司開發(fā)的“夢幻之家”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”、IBM 公司開發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)的技術(shù)強占住宅市場。此外，日、韓、新等國的龍頭企業(yè)紛紛致力于住宅智能化的開發(fā)，對家居市場更是躍躍欲試。1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀然而中國雖然還沒能象美國和日本那樣對住宅智能化系統(tǒng)的技術(shù)制定標準，但已經(jīng)借助智能建筑的概念與技術(shù)開始進行智能化住宅小區(qū)的建造了。1997年廈門市建坤實業(yè)公司開發(fā)了WDJ-6住宅智能管理系統(tǒng)；1998年深圳市住宅局對總建筑面積為8O萬m2的梅林一村按智能化住宅和智能化住宅小區(qū)的概念進行規(guī)劃建設(shè)；長沙市地稅局的住宅采用了智能化住宅布線系統(tǒng)。上海郵電二村初步建成了智能化住宅小區(qū)，上實花苑、創(chuàng)世紀花苑，萬里小區(qū)等紛紛宣布將建設(shè)流的智能化住宅小區(qū)。北京保安電器廠正式投產(chǎn)CBB三表戶外計量保護箱，上海郵電智能化系統(tǒng)集成公司開發(fā)廠家用智能控制器，北京奇藝新技術(shù)公司推出電腦家庭自控系統(tǒng)，上?；菰纯萍及l(fā)展有限公司開發(fā)并大量投產(chǎn)家庭智能化系統(tǒng)。 近年來，北京、上海、廣東、山東、深圳等省市，先后建成了一批智能化住宅小區(qū)，這些住宅小區(qū)的出現(xiàn)滿足了我國不同收入階層的民眾對住房的需求，同時，也對國家在將來制定小康住宅的標準進行了有力的摸索和試驗。其中有一些城市和地區(qū)還頒布了關(guān)于發(fā)展智能化小區(qū)的地方性法規(guī)，而國家建設(shè)部也頒布了智能住宅小區(qū)建設(shè)工作的綱要和技術(shù)指導。有很多企業(yè)都生產(chǎn)住宅智能化系列產(chǎn)品，但大多數(shù)都缺少一致的技術(shù)考慮，不能夠為各個子系統(tǒng)之間建立一致的技術(shù)平臺，使得子系統(tǒng)之間技術(shù)與技術(shù)，技術(shù)與設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備都沒有互相匹配，浪費了許多的人力、物力、財力，同時也對那些已經(jīng)建好的智能小區(qū)智能化系統(tǒng)造成投運率低下；另外，行業(yè)部門之間有著許多利益沖突，這也阻礙了我國智能小區(qū)的發(fā)展。在政府部門的協(xié)調(diào)下，各個行業(yè)的公司合作，通過強勢的聯(lián)合開發(fā)并推動中國智能小區(qū)的發(fā)展已成為必然的趨勢，比如中國移動、萬科地產(chǎn)及勤信物業(yè)等行業(yè)巨頭聯(lián)合開發(fā)的豪庭春天，中國電信與飛揚地產(chǎn)聯(lián)合開發(fā)的飛揚數(shù)字智能小區(qū)，2010 年已建好的由國家電網(wǎng)公司倡導的新奧高爾夫花園智能小區(qū)，這些都是跨行業(yè)合作建設(shè)智能化小區(qū)的成功典范，同時開創(chuàng)了未來智能小區(qū)建設(shè)和發(fā)展的新模式。 在小區(qū)智能化的時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是智能小區(qū)建設(shè)的必要途徑，可以很好的加強小區(qū)的服務(wù)管理功能，提升智能小區(qū)的素質(zhì)和品味。目前在國內(nèi)，已有學者、企業(yè)探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能小區(qū)中的應(yīng)用，而且已取得一定的成果。所以，相信在物聯(lián)網(wǎng)浪潮的推動下，我國智能小區(qū)的發(fā)展能開創(chuàng)出一個全新的局面。37廣東石油化工學院本科畢業(yè)(設(shè)計)論文：智能小區(qū)通信終端項目架構(gòu)的設(shè)計第二章 智能小區(qū)系統(tǒng)及需要實現(xiàn)的功能2.1 項目架構(gòu)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)智能小區(qū)就是采用先進的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息系統(tǒng)集成技術(shù)，對住宅小區(qū)進行科學合理的規(guī)劃設(shè)計、高質(zhì)量地建設(shè)、優(yōu)化集成，使住宅小區(qū)品味和素質(zhì)得以提高，為人們的現(xiàn)代居住生活提供更好的居住環(huán)境，更加細致的管理服務(wù)。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.1智能小區(qū)系統(tǒng)簡略結(jié)構(gòu)2.2 小區(qū)智能信息終端管理系統(tǒng)功能小區(qū)智能信息終端管理系統(tǒng)是一個基于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能住宅控制系統(tǒng)，它是集住宅安全防范系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)于一體，通過計算機網(wǎng)絡(luò)線路構(gòu)成整個住宅小區(qū)的集中管理控制系統(tǒng)，主要綜合了普通家庭的安全防范、服務(wù)提醒等功能，同時即有強大的無線聯(lián)網(wǎng)功能，具體如下：（1）門禁功能每幢住宅樓的單元門均設(shè)有門口機，對需要進入本棟大廈的人員進行身份識別和確認，加強了業(yè)主的安全防范功能。（2）電子公告小區(qū)的管理中心可以向居民發(fā)布各種電子公告（例如小區(qū)通知、天氣預(yù)報等信息）、信息終端收到信息后能夠在終端屏幕上顯示，并提醒住戶注意信息。（3）多媒體視頻無線點播 散布于小區(qū)的多媒體視頻無線點播終端，可以讓在小區(qū)休閑的住戶隨時點播多媒體服務(wù)器里面的視頻。（4）觸摸屏操作所有的操作采用觸摸屏的方式，內(nèi)部采用了GUI圖形界面的技術(shù)，實現(xiàn)了操作界面的智能化，使得業(yè)主操作更加簡單和方便。結(jié)合上述各個功能，于是得到如下總體功能的設(shè)計原理圖：JVAGLED點陣顯示板USB接口RS-485接口NORFLASH復位按鈕NANDFLASHSDRAM電源 S3C2440AAC97接口TF卡接口LCD接口以太網(wǎng)接口WIFI接口 VOD服務(wù)器 LCD觸摸屏圖2.1系統(tǒng)原理設(shè)計框圖第三章 硬件設(shè)計3.1 ARM處理器介紹ARM是微處理器行業(yè)的著名企業(yè)，設(shè)計了大量的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)和相關(guān)軟件?，F(xiàn)在，各個領(lǐng)域幾乎都深入了ARM處理器及技術(shù)的應(yīng)用，包括工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和成像和安全等各類產(chǎn)品市場，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC處理器75%以上的市場份額。目前，總共有數(shù)十家半導體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、SAMSUNG、LG半導體、NEC、SONY、菲利浦和國民半導體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽和MRI等一系列知名公司。采用RISC架構(gòu)的ARM處理器一般具有如下特點： （1）體積小、功耗低、低成本、高性能； （2）支持Thumb（16位）/ARM(32位)雙指令集，可以很好的兼容8位/16位器件； （3）大量使用寄存器，使得指令執(zhí)行速度更快； （4）大多數(shù)的數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； （5）尋址方式靈活簡單，且執(zhí)行效率高； （6）指令長度固定。RISC和CISC是目前設(shè)計制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然它們都試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運行、軟件、硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中達到某種平衡，以求達到更高的效率，但由于采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大。3.2 ARM處理器的結(jié)構(gòu)和外設(shè)選用三星公司的S3C2440A，系統(tǒng)可穩(wěn)定運行在405MHZ，主頻最高可達530多MHz；64M字節(jié)的SDRAM，由兩片K4S561632組成，工作在32位模式下；64M字節(jié)NAND Flash，采用的是 K9F1208，可以兼容 16M，32M 或 128M 字節(jié)；10M以太網(wǎng)接口，采用的是CS8900Q3，帶傳輸和連接指示燈；LCD 和觸摸屏接口；2 個 USB HOST，S3C2440內(nèi)置的，符合 USB 1.1，其中一個USB HOST接口是復用的；一個USB Device，S3C2440內(nèi)置的，符合USB 1.1；支持音頻輸入和音頻輸出，音頻模塊由S3C2440的IIS音頻總線接口和UDA1341音頻編碼解碼器組成，板上還集成了一個MIC，用于音頻輸入；2路UART串行口，波特率高達 115200bps，并具有RS232電平轉(zhuǎn)換電路，其中一路為完整串口；SD卡接口，兼容SD Memory Card Protocol 1.0 和 SDIO Card Protocol 1.0;Embedded-ICE（20 腳標準 JTAG）接口和并口式 JTAG 接口，支持ADS，SDT軟件的下載和調(diào)試以及 FLASH 的燒寫；串行 EEPROM ：AT24C02 4Kbytes EEPROM，IIC 接口；SPI 接口；數(shù)字攝像頭接口；蜂鳴器，4個LED 燈；4個按鍵；開關(guān)電源，分布式電源供電；3V 鋰電池，提供RTC電源；核心硬件板GEC2440；3.5 “ Touchscreen LCD；64M NandFlash K9F1208；64M SDRAM K4S561632；10M 以太網(wǎng)接口，CS8900Q3；WiFi modules VT6656；觸摸屏、蜂鳴器、LED指示燈、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換等。S3C2440A引腳圖見附錄1。3.3 門禁對講音頻接口電路架構(gòu) 硬件電路設(shè)計框圖如圖3.1所示。 圖3.1音頻電路設(shè)計框圖圖中音頻硬件主要由S3C2440A ARM9微處理器、數(shù)字音頻輸入輸出接口芯片UDA1341TS和麥克風等電路構(gòu)成。S3C2440提供3條控制線和系統(tǒng)時間,通過內(nèi)置的IIS接口讀取IIS總線上的數(shù)據(jù),并由語音處理芯片外擴,對語音信號進行采樣、A/D或D/A轉(zhuǎn)換,最后通過總線和系統(tǒng)進行連接。3.4 主要功能模塊3.4.1 微處理器S3C2440A是一款高性能CPU,它的數(shù)據(jù)處理能力良好,功耗低,體積小,支持多種嵌入式操作系統(tǒng),例如Linux、WinCE,集成多種外設(shè),廣泛應(yīng)用于各種手持設(shè)備。而且S3C2440A提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備,內(nèi)置了一個IIS總線控制器接口,集成了LCD、CMOS攝像頭等接口模塊,采用了AMBA的新總線架構(gòu),通過提供一套完整的通用系統(tǒng)設(shè)備,而減小系統(tǒng)整體的成本,在消費類電子產(chǎn)品中具有相當?shù)撵`活性和適用性。3.4.2 語音處理芯片本系統(tǒng)采用的音頻芯片為UDA1341TS,它是飛利浦公司推出的一塊功能強大的專用音頻數(shù)字信號處理芯片,用于實現(xiàn)模擬音頻信號的采集和數(shù)字音頻信號的模擬輸出,支持IIS總線數(shù)據(jù)格式,通過IIS數(shù)字音頻接口,可完成立體聲的數(shù)字化處理。在實際中,由于它的特點為低電壓、低功耗，所以被廣泛應(yīng)用于MD、CD、筆記本等便攜式設(shè)備。UDA1341TS芯片包含了音頻信號輸入線2組、音頻信號輸出線1組、IIS總線接口信號線1組和L3總線1組。它與S3C2440A處理器的電路連接，相對來說比較簡單,可以實現(xiàn)語音的A/D和D/A等預(yù)處理,而不需要再增加額外的專門的A/D和D/A器件。3.4.3 IIS音頻總線IIS(Inter-IC Sound Bus)即音頻數(shù)據(jù)接口,又稱I2S,由Philip公司提出,它是一種面向多媒體計算機的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。該總線專門用于數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸,提供一個標準的通信協(xié)議給立體聲音頻序列的傳輸。目前很多音頻芯片和MCU都支持IIS。3.4.4 音頻接口電路原理圖及工作原理圖3.2音頻接口電路原理圖如以上原理圖所示,UDA1341TS芯片的IIS總線接口信號線包括位時鐘輸入BCK、字選擇輸入WS、數(shù)據(jù)輸入DATA1、輸出DATA0和音頻系統(tǒng)時鐘SYSCLK信號線。其中的位時鐘輸入信號BCK與S3C2440A的IIS總線時鐘信號IISCLK連接;字選擇輸入信號WS與聲道選擇信號IISLRCK連接;兩個數(shù)據(jù)通道輸入DATA1和輸出DATA0分別對應(yīng)連接與IIS總線的音頻輸出信號IISSDO和音頻輸入信號IISSDI,用于接收、發(fā)送串行聲音數(shù)據(jù);而音頻系統(tǒng)時鐘SYSCLK則與主控時鐘信號CDCLK相連,作為IIS總線的基本時鐘源,使音頻芯片數(shù)據(jù)I/O與CPU的IIS控制器能同步。音頻輸入VIN、輸出VOUT分別和麥克風揚聲器連接。UDA1341TS芯片將采集到的音頻模擬信號通過配置其寄存器,轉(zhuǎn)換成IIS格式的數(shù)字信號送給S3C2440A的IIS控制器,并發(fā)出DMA請求,則DMA控制器取代CPU,獲得總線控制權(quán),實現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存之間或內(nèi)存之間大數(shù)據(jù)量的快速傳輸,從而大大節(jié)省了CPU對外設(shè)查詢的時間,減輕了CPU負擔,提高了系統(tǒng)的整體性能。由于IIS總線只能傳輸音頻數(shù)據(jù),UDA1341TS芯片除了提供IIS接口和麥克風揚聲器接口,還提供了L3總線接口控制音量等。UDA1341TS的L3接口相當于一個混音器控制接口,可以用來控制輸入、輸出音頻信號的音量大小、低音等。它是該芯片工作于微處理器輸入模式時使用的,包括微處理接口時鐘L3CLOCK、微處理接口模式L3MODE和微處理器接口數(shù)據(jù)L3DATA三根接線。由于處理器S3C2440A中沒有與L3總線配套的專用接口,電路中L3CLOCK、 L3MODE、 L3DATA分別與S3C2440A的GPB4、GPB2、GPB3三個通用數(shù)據(jù)輸出引腳連接,從而實現(xiàn)系統(tǒng)控制參數(shù)和數(shù)字音頻處理參數(shù)的配置。3.5 應(yīng)用軟件設(shè)計對講門禁的功能主要包括了呼叫、撤叫、接通、開鎖和關(guān)閉。來訪者可以通過樓口單元機的觸摸屏按下相對應(yīng)的住房號碼,呼叫本單元的用戶分機,實現(xiàn)雙向通話,經(jīng)過用戶同意，遙控開啟本單元的電控鎖，即打開房門?？沙绦蚬ぷ髁鞒虉D見圖3.3。圖3.3程序工作流程圖樓口機通電后,先進行初始化,若在工作中有客人來訪時,首先,判斷是否有信號觸發(fā),當有信號觸發(fā)時系統(tǒng)掃描判斷樓房號,然后,經(jīng)數(shù)據(jù)解碼發(fā)送出去呼叫用戶分機,此時用戶若有摘機則打開對講,否則等待1分鐘自動終止呼叫。掛機判斷是否開啟電控鎖,最后,關(guān)閉對講終止通信。對講功能的軟件設(shè)計包括了設(shè)備的初始化、音頻采集、音頻播放以及音頻數(shù)據(jù)的提取。設(shè)備的初始化包括:(1)調(diào)用init1341()函數(shù),初始化UDA1341芯片,完成音量、L3混音控制接口等的初始化;(2)初始化S3C2440A的3根GPIO口,模擬UDA1341的控制總線L3總線UDA1341;(3)調(diào)用IIS-PortSetting()函數(shù),初始化IIS的控制口,配置成IIS模式并初始化IIS寄存器;(4)初始化DMA控制器,為設(shè)備分配DMA通道;(5)注冊DSP和音頻設(shè)備。音頻數(shù)據(jù)的采集和播放使用雙通道DMA模式,音頻采集用DMA控制器通道1,音頻播放則用通道2,主函數(shù)分別為Sound-Record-IIS(void)和Sound-Play-IIS(void),程序主要如下:音頻采集程序:void Sound-Record-IIS(void)IIS-Port-Init(); IIS接口初始化函數(shù) Select-IIS-Master-CLK(); 系統(tǒng)時鐘、采樣頻率函數(shù) Init1341(RECORD-IIS);rec-buf=(unsigned char)0x31000000;IIS-RecSound-DMA1(rec-buf, REC-LEN-IIS);Init1341(PLAY-IIS);IIS-PlayWave-DMA2(rec-buf, REC-LEN-IIS);IIS-Port-Return();mute= 1;音頻播放程序:void Sound-Play-IIS(void)unsigned char buf;unsigned int i;unsigned int downloadSize= 243552;IIS-Port-Init();Select-IIS-Master-CLK();if(1)downloadAddress =-NONCACHE-STAR-TADDRESS;buf=(unsigned char)downloadAddress;for(i= 0;i 243552; i+ +)bufi= Windows-XP-Wavi;elseDownload-Wave-File();Init1341(PLAY-IIS);IIS-PlayWave-DMA2(buf, downloadSize);IIS-Port-Return();mute= 1;程序中調(diào)用的函數(shù)IIS-PlayWave-DMA2()和IIS-RecSound-DMA1()主要是用來存放音頻數(shù)據(jù),并完成音頻數(shù)據(jù)的提取等功能。3.6 LED顯示屏設(shè)計架構(gòu)3.6.1 LED顯示屏工作原理及結(jié)構(gòu) LED 顯示屏按照顏色可以分為單基色顯示屏、雙基色（紅、綠）顯示屏和全彩色顯示屏三種。LED 顯示屏一般是由多個 LED 點陣模塊拼接而成，LED 點陣模塊又是由多個發(fā)光二極管像素點組成。如今隨著 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)形成了標準、規(guī)范的 LED 點陣模塊，如 57、78、88 等，根據(jù)屏幕所需顯示面積的大小，選擇一定數(shù)量的 LED 點陣模塊拼接組成LED顯示屏。 無論是顯示圖像還是文字，就是控制 LED 顯示屏上與這些圖像和文字對應(yīng)的像素點發(fā)光。用點陣方式顯示圖像或者文字是十分靈活的，可以根據(jù)需求任意組合、變化，只需要設(shè)計好恰當?shù)臄?shù)據(jù)文件，每個發(fā)光像素占據(jù)數(shù)據(jù)中的一位，對LED顯示屏上的所有發(fā)光像素進行控制，在需要發(fā)光的數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位置1，否則置0。這樣根據(jù)要顯示的圖像文字，按LED顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以得到一個顯示數(shù)據(jù)文件。 LED 顯示屏的掃描驅(qū)動方式可以分為靜態(tài)掃描和動態(tài)掃描兩種。靜態(tài)掃描方式是指保持一幅畫面顯示直到下一幅畫面輸入；動態(tài)掃描方式是指將一幅畫面分為幾個部分分別進行刷新顯示。靜態(tài)掃描方式對于每個發(fā)光像素點都需要一套驅(qū)動電路，需要較多的譯碼器，而且電路復雜；而動態(tài)掃描方式則采用多路復用技術(shù)，各個LED點陣模塊之間采用移位寄存器串連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行輸入、并行輸出。由于動態(tài)掃描方式相對于靜態(tài)掃描方式驅(qū)動電路簡單、功耗也比較低，因此實際使用中大多使用動態(tài)掃描的方式，很少采用靜態(tài)掃描方式。 LED 顯示屏的行列驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)一般如圖3.4 所示。圖3.4 LED顯示屏掃描驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)動態(tài)掃描方式的LED 顯示屏行列驅(qū)動電路一般多行的同名列共用一套驅(qū)動器，行驅(qū)動器一行的行線連接到電源一端，列驅(qū)動器一列的列線連接到電源另一端。當行驅(qū)動選中某行，列驅(qū)動選中某列時，對應(yīng)的發(fā)光像素點根據(jù)列驅(qū)動器的設(shè)置進行顯示?？刂齐娐坟撠熒沈?qū)動電路的掃描控制時序，在選通某一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準備好，一旦該行選通，這一行上的發(fā)光像素點就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進行顯示16。當一行掃描時間結(jié)束后，下一行以同樣的方式顯示。全部各行掃描一遍后，又會從第一行開始下一周期的掃描。只要掃描的周期比人眼的視覺暫留時間短，人們就不會感覺到閃爍現(xiàn)象。 本設(shè)計中LED顯示屏選用 88的LED點陣模塊，拼接成 19232的單基色條形屏體，采用行掃描列控制的動態(tài)掃描方式控制，行驅(qū)動器采用 74HC138 譯碼器，列驅(qū)動器采用74HC595 鎖存器，結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。 圖3.5 LED顯示屏結(jié)構(gòu)LED 控制卡相當于圖3.5中的控制電路，生成 LED 顯示屏驅(qū)動電路的掃描控制時序和串行顯示數(shù)據(jù)，本設(shè)計中使用的LED控制卡特性如表3.1所示。 表3.1 LED控制卡特性3.6.2 系統(tǒng)工作原理 本課題設(shè)計的顯示控制終端和封裝在LED顯示屏箱體內(nèi)LED控制卡共同組成LED顯示屏控制系統(tǒng)，完成對LED顯示屏控制的功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.6 所示。基于ARM的顯示控制終端在LED顯示屏控制系統(tǒng)中作為上位機主要用于人機交互，提供給用戶編輯、輸入顯示信息，對下位機進行管理和控制。系統(tǒng)工作時，通過顯示控制終端將要顯示的文字、圖片等信息轉(zhuǎn)化為特定格式的數(shù)據(jù)信息，通過RS485總線發(fā)送給各個 LED 控制卡，LED 控制卡作為下位機主要負責接收來自顯示控制終端的顯示信息數(shù)據(jù)，置于幀存儲器中，然后按分區(qū)驅(qū)動方式生成 LED 顯示屏的掃描控制時序和串行顯示數(shù)據(jù)，以對LED顯示屏刷屏，整個系統(tǒng)是一個異步控制系統(tǒng)。 圖3.6 LED顯示屏控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.6.3 顯示控制終端的實現(xiàn) 嵌入式硬件平臺和軟件平臺的選擇是整個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。在項目實際開發(fā)之前選擇一個好的平臺可以減少項目的開發(fā)難度和開發(fā)時間。下面分別從硬件、操作系統(tǒng)和圖形用戶界面開發(fā)平臺三個方面介紹顯示控制終端的實現(xiàn)方案。 3.6.4 硬件平臺 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的核心，本設(shè)計從性能、功耗、成本、開發(fā)難度、采購難易等方面綜合考慮后決定采用三星半導體公司的S3C2440微處理器。S3C2440是三星半導體公司推出的，基于ARM920T的16/32位RISC嵌入式處理器，是目前市場上使用非常廣泛的一款嵌入式處理器。該處理器是一款多用途的通用芯片，內(nèi)部集成了微處理器和常用的外圍設(shè)備，具有較高的性價比。S3C2440處理器為手持設(shè)備和通用的嵌入式應(yīng)用提供片上集成解決方案。S3C2440的片內(nèi)資源非常豐富，主要包括： 外部存儲控制器（SDRAM 控制和片選邏輯）； LCD 控制器（支持 STN 和 TFT 的 LCD）； 3 個通道的 UART（IrDA1.0，64 字節(jié) Tx FIFO，64 字節(jié) Rx FIFO）； 2 個 SPI 接口； 1 個 IIC-BUS 接口（多主支持）； 1 個 IIS-BUS 音頻編解碼接口，AC97 解碼器接口； 兼容 SD 主接口協(xié)議 1.0 版本和 MMC 卡協(xié)議 2.11 兼容版； 2 個 USB 主機接口和 1 個 USB 設(shè)備接口（1.1 版）； 8 通道的 10 位的 ADC 和觸摸屏接口； 130 個通用 I/O 口和 24 通道外部中斷源。 硬件平臺除了處理器還需要一些外圍電路，系統(tǒng)的外圍電路大致可以分為五部分：存儲模塊電路、電源模塊電路、LCD 顯示模塊電路、通信模塊電路和其它。 （1）存儲模塊部分，主要由2片32M 的SDRAM、1 片2M 的NOR FLASH 和1片128M的 NAND FLASH 組成。大容量的存儲器極大的滿足需求，可以存儲大容量的根文件系統(tǒng)到NAND FLASH 中，應(yīng)用程序的編寫也變得更加容易，不用考慮內(nèi)存不夠的問題。 （2）電源模塊部分，為嵌入式處理器和各個外圍電路提供電源。 （3）LCD顯示模塊部分，利用S3C2440內(nèi)部集成的可編程LCD 控制器對5.6寸的 LCD進行驅(qū)動，可大大減少外圍電路；同時使用S3C2440內(nèi)部自帶的觸摸屏接口對電阻觸摸屏信號進行檢測，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。 （4）通信模塊部分，包括 2 個 UART（UART0 和 UART1）、4 路 I/O、DM9000 網(wǎng)卡。UART0 用于軟件調(diào)試與系統(tǒng)開發(fā)；UART1 用于和 LED 控制卡之間進行 RS485 通信；4 路 I/O是外部的火災(zāi)檢測裝置的輸入信號；DM9000 網(wǎng)卡用于系統(tǒng)開發(fā)以及未來用于和LED控制卡進行網(wǎng)絡(luò)通信。 （5）其它，包括USB Host、USB Device、SD卡接口和 JTAG 接口。用戶除了可以通過觸摸屏對整個系統(tǒng)進行操作，還可以通過 USB Host 接口外接USB鼠標同樣可以實現(xiàn)操作；USB Device 接口用于 Linux 內(nèi)核和根文件系統(tǒng)映像文件傳輸、燒寫；SD 卡接口可以方便的導入用戶編輯好的文本數(shù)據(jù)；JTAG接口用于映像文件燒寫和程序調(diào)試。 圖3.7 硬件平臺的具體結(jié)構(gòu)基于系統(tǒng)成本和可擴展性的考慮，將整個系統(tǒng)硬件設(shè)計成核心板與底板的形式。其中S3C2440 與 SDRAM、DM9000、NOR FLASH 和 NAND FLASH 集成于單獨 6 層 PCB 板上，該板被稱為核心板；其他的模塊位于底板上，也可以稱為擴展板。核心板將系統(tǒng)擴展可能用到的所有IO口都引出來，與擴展板之間通過針形接插件連接。這種結(jié)構(gòu)開發(fā)時間快，成本低、可靠性高。 3.7 小區(qū)多媒體無線點播終端架構(gòu) 多媒體無線終端的結(jié)構(gòu)構(gòu)成如下：（1）多媒體庫：主要用于存放本地多媒體文件。（2）多媒體播放客戶端：主要采用qt圖形界面，用來點播媒體庫中的影片。調(diào)用mplayer播放器播放影片。（3）mplayer播放器：該播放器為開源軟件，源碼可以自由下載使用，媒體播放客戶端通過播放按鍵調(diào)用其播放影片。實現(xiàn)該多媒體點播程序，需要設(shè)計GUI界面和通過界面調(diào)用mplayer播放器實現(xiàn)多媒體點播。（4） 在實現(xiàn)流媒體點播的同時，通過中心服務(wù)器實現(xiàn)小區(qū)信息的實時更新到終端屏幕 圖3.8 多媒體信息傳輸流程圖 圖3.9 多媒體視頻無線傳輸工作流程圖3.8 無線點播系統(tǒng)所需接口3.8.1 USB接口 USB模塊集成在S3C2440A芯片中，在使用S3C2440A時可以同時使用其中的USB模塊。S3C2440A帶有兩個USB控制器，一個主設(shè)備控制器和一個從設(shè)備控制器，兩個設(shè)備均為四線控器，分別接SV電源，D-、 D+數(shù)據(jù)信號和接地線。主USB(USB Host)主要用于接U盤、攝像頭等，從USB(USB Slave)使用USB延長線，連接到PC，主要用于傳輸數(shù)據(jù)。從USB它的主要作用是用來下載程序到目標板。其接口電路如圖3.10所示。圖3.10 USB接口電路3.8.2 觸摸屏LCD接口CPU集成4線電阻式觸摸屏接口，可直接連接四線電阻觸摸屏，電容式觸摸屏需I2C或者SPI模式，支持點陣黑白、點陣灰度、CSTN, 64K-1600K TFT LCD，尺寸從2.2寸到24寸，TFT LCD屏幕分辨率可以到1024x768象素。從終端的大小、分辨率等綜合考慮本設(shè)計采用了標準的4.3寸TFT LCD，分辨率480x272，帶觸摸屏。它是直接連接四線的電阻式觸摸屏，屏幕分辨率比較高，視覺效果好，電阻式觸摸屏的反應(yīng)也比較靈敏。它的接口電路圖如圖3.11所示。 圖3.11 LCD接口電路原理圖3.8.3 TF卡接口S3C2440A具有SD, MMC和SDIO控制器，兼容SD Memery Card標準(ver2.0)和LVIIVIC標準(ver4.2)以及SDIO Card標準(Ver 1.0)。發(fā)送和結(jié)束的512字節(jié)的FIFO緩存，支持DMA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存模式，數(shù)據(jù)有1位、4位和8位的選擇。在本實驗板上，我們采用了靈巧的TF卡接口，運用了4位模式，用于TF存儲卡擴展，其原理圖如圖3.12所示。圖3.12 TF卡接口3.8.4 AC97接口的音頻接口三星主處理器S3C2440A支持I2S/PCM/AC97音頻接口，比較常用的音頻總線有IIS和AC97。其中AC97接口速度