家居環(huán)境感光窗簾智能控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、家居環(huán)境感光窗簾智能控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)摘 要隨著社會的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，是當(dāng)今科技發(fā)展的重要方向。智能窗簾作為物聯(lián)網(wǎng)智慧家居的一環(huán)，也得到了越來越多的關(guān)注和需求。然而，現(xiàn)階段的很多產(chǎn)品還存在不足，如：不能多層復(fù)合控制，無智能操作界面，只能單一模式運(yùn)行，參量出廠固定，采用簡單的機(jī)械記憶，光控易受干擾等。本文基于嵌入式ARM2410單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種感光窗簾智能控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對光控的重新設(shè)計(jì)，對窗簾進(jìn)行復(fù)合控制；通過多項(xiàng)可設(shè)參數(shù)和多種控制模式，來適應(yīng)不同的環(huán)境需求；測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作簡便，控制精確可靠，可行性強(qiáng)。關(guān)鍵字：感光窗簾；智能控制；嵌入式AR

2、M2410；步進(jìn)電機(jī)AbstractWith the progress of society, the Internet of Things has become one of the five emerging strategic industries. It is an important direction in science and technology development. Smart curtains as part of the smart home on the Internet of Things get more and more attention and dema

3、nd. However, at this stage, many products have shortcomings, for example: we cannot multi-layer composite control, smart user interface, only a single mode, factory fixed parameters, using a simple mechanical memory, susceptible to interference light control, and many other shortcomings. A new smart

4、 curtain system is designed based on the embedded ARM2410 design to build a new smart curtain system. The system re-designs of light control composite control the opening and closing curtains and venetian blinds; can be set through a number of parameters and a variety of control modes, adapt to diff

5、erent environmental needs. The test results show that, the system has the advantages of simple operation, accurate and reliable control. Key words: Light sensing curtain; Intelligent control; Embedded ARM2410; Stepper motor目 錄1 引言- 1 -1.1 研究目的及意義- 1 -1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 1 -1.3 設(shè)計(jì)應(yīng)用分析- 2 -2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)- 3 -2.1 系

6、統(tǒng)總體構(gòu)成- 3 -2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)- 3 -2.2.1 光敏傳感器模塊- 3 -光敏傳感器的選型- 3 -光敏電阻的構(gòu)成及原理- 3 -2.2.2 電機(jī)模塊- 6 - 電機(jī)的選擇- 6 - 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路- 7 -3 系統(tǒng)硬件平臺及接口設(shè)計(jì)- 9 -3.1 S3C2410A 芯片簡介- 9 -3.1.2 ARM2410試驗(yàn)箱硬件結(jié)構(gòu)- 10 -3.2 I/O設(shè)備- 13 -4 軟件設(shè)計(jì)- 15 -5 安裝與調(diào)試- 16 -5.1 窗簾框架的制作與安裝- 16 -5.2 測試分析- 16 -6 總結(jié)- 17 -參考文獻(xiàn)- 18 -III

7、1 引言隨著科技的快速發(fā)展，家居智能化的趨勢越來越明顯。目前最常見的智能窗簾如開合簾、羅馬簾、卷簾、風(fēng)琴簾可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間或者光照強(qiáng)度進(jìn)行打開和關(guān)閉，百葉簾可以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)光強(qiáng)，一般通過墻上電氣開關(guān)或三四個(gè)按鍵遙控，也可以通過手動(dòng)模式進(jìn)行控制。雖然現(xiàn)有的智能窗簾已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，并且有著不錯(cuò)的創(chuàng)新點(diǎn)，但仍能夠看到很多缺憾，即可以優(yōu)化改進(jìn)的地方。單層控制：國內(nèi)外電動(dòng)窗簾產(chǎn)品，多數(shù)為簡單的控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，著重于多種多樣的電機(jī)的開發(fā)。智能產(chǎn)品中雖有并聯(lián)技術(shù)等大面積集群控制，但是基本上皆為控制單層窗簾。然而，隨著智能家居的不斷推廣，人們對智能生活的細(xì)節(jié)要求越來越高，在辦公室、家庭等場所對光線

8、的多層控制是一個(gè)有待深入發(fā)展的方向。若是簡單的將兩個(gè)智能窗簾系統(tǒng)聯(lián)合使用，將造成傳感誤判、智能沖突、控制繁瑣等問題。1.1 研究目的及意義智能家居是人們經(jīng)常談?wù)摰脑掝}，智能窗簾作為智能家居的一員，只有在一些高檔賓館和一些高檔的私人住宅中，才能見到一些智能窗簾的影子。因此，研究出一款適合大眾的、使用簡便的窗簾是十分有必要的。其一、改變?nèi)藗兊纳罘绞?。單片機(jī)控制的遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)具有豐富的智能化功能，為普通家庭用戶營造一個(gè)高效、舒適、便利的居住環(huán)境。其二、智能窗簾能幫助人們有效的安排時(shí)間，在外時(shí)不必?fù)?dān)心窗簾沒有關(guān)閉可能引起的一些問題。此外，智能窗簾的設(shè)計(jì)還可以培養(yǎng)自己對已學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識與實(shí)

9、踐的綜合應(yīng)用能力；同時(shí)帶著系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各種新問題，學(xué)習(xí)控制、遙控技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)等多方面的知識，培養(yǎng)學(xué)科間知識的交叉運(yùn)用能力。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在歐美等發(fā)達(dá)國家,電動(dòng)窗簾已廣泛應(yīng)用。在10 年前,電動(dòng)窗簾就已經(jīng)進(jìn)入我國，可一直沒有大的推廣。近幾年，隨著電控技術(shù)的不斷提高及價(jià)格的不斷下降, 電動(dòng)窗簾熱才又卷土重來。據(jù)了解,全國共有170多種電動(dòng)窗簾器獲得了國家專利,但就其技術(shù)本身而言，還是大同小異,但售價(jià)卻有很大差別，貴的要數(shù)千元，便宜的只要500塊。盡管遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)在國內(nèi)是一個(gè)新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢迅速崛起。遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)走進(jìn)中國以來，在短短四年的時(shí)間里，遙控自動(dòng)窗簾系

10、統(tǒng)生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè),其行業(yè)發(fā)展非常迅速。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們財(cái)富的不斷增長，用戶對智能家居的需求呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，作為智能家居的一部分智能窗簾，隨著認(rèn)識的深化，推廣的普及，其發(fā)展呈現(xiàn)功能多樣化、噪音更低化、產(chǎn)品高檔化等趨勢。1.3 設(shè)計(jì)應(yīng)用分析窗簾是每個(gè)家庭的必需品，然而在人們已經(jīng)越來越快的生活節(jié)奏中，窗簾也給人們帶來了些許不便。人們在繁忙的工作之后，回到家已是疲憊不堪，本想好好休息一下，但還要去拉開閉合的窗簾，顯得有些繁瑣；如果碰到出差，家里又沒人把打開的窗簾拉上的話，可能會擔(dān)心家中的安全模式單一：目前智能產(chǎn)品中雖有光感應(yīng)、溫度感應(yīng)、定時(shí)控制、雨水感應(yīng)等諸

11、多傳感應(yīng)用，然而多為只有其中某一項(xiàng)傳感在使用，而不能實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)合控制，不能適應(yīng)生活各方面帶來的復(fù)雜需求。閾值固定：目前市面上的產(chǎn)品通常出廠便固定好了光控開關(guān)閾值、靈敏度等，然而不同的自然環(huán)境和生活需求采光需求不同，產(chǎn)品不能很好的適應(yīng)與調(diào)整。光的錯(cuò)誤干擾：安裝位置不當(dāng)會導(dǎo)致外界光污染且影響室內(nèi)燈光，誤導(dǎo)光傳感器的判斷。針對以上所談到的國內(nèi)外智能窗簾的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種新的感光窗簾智能控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成該系統(tǒng)以s3c2410為核心,以光敏信號為信號輸入；通過驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)為控制信號輸出。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示： 圖2.1 系統(tǒng)總體框圖 如圖所示，本系統(tǒng)的

12、信號采集采用光敏傳感器，通過光敏傳感器可以感應(yīng)光照強(qiáng)度，然后根據(jù)光照強(qiáng)度控制窗簾開合。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩種工作模式，分別是白天工作模式和夜間工作模式，不停的工作模式下，其實(shí)現(xiàn)的功能不一樣，即控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式不一樣。白天工作模式下，通過光敏傳感模塊檢測光照強(qiáng)度進(jìn)行打開窗簾；夜間工作模式進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使窗簾關(guān)閉。2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)2.2.1 光敏傳感器模塊光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一

13、，它在自動(dòng)控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。光敏傳感器的選型光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光的裝換，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)弱而改變，光線越強(qiáng)，阻值變得越小，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)到110M歐，在強(qiáng)光條件下，它的阻值（亮阻）只有幾百至幾千歐。隨著光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性?？梢姽饷綦娮杈哂徐`敏度高，反映速度快，穩(wěn)定可靠，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫，易于使用的特點(diǎn)。光敏電阻完全滿足本設(shè)計(jì)的要求，故選用光敏電阻型的光敏傳感器。光敏電阻的構(gòu)成及原理

14、光敏電阻又稱光敏電阻器或光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。如下圖所示光敏電阻的工作原理：圖2.2 光敏

15、電阻工作原理圖光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體圖2.3光敏電阻結(jié)構(gòu)原理圖及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時(shí)，電流就會隨光強(qiáng)的增大而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電

16、阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。圖2.4 光敏電阻實(shí)物圖本模塊采用靈敏型光敏電阻傳感器，比較器輸出，信號干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過15mA。配可調(diào)電位器可調(diào)節(jié)檢測光線亮度，工作電壓3.3V-5V。輸出形式 ：DO開關(guān)量輸出（0 和1）和AO模擬量輸出（電壓），模塊在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO端輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時(shí)，DO端輸出低電平；DO輸出端可以與MCU直接相連，通過MCU來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變；小板模擬量輸出AO可以和AD模塊相連，通過AD轉(zhuǎn)換，可

17、以獲得環(huán)境光強(qiáng)更精準(zhǔn)的數(shù)值。圖2.5 傳感器模塊如圖2.5所示，本設(shè)計(jì)采用的光敏傳感器模塊有4個(gè)腳針，一個(gè)接電源正極、一個(gè)接電源負(fù)極，另外兩個(gè)分別為模擬信號輸出和數(shù)字信號輸入。開關(guān)指示燈LED用作數(shù)字信號輸出指示作用，當(dāng)光照強(qiáng)度太大，輸出低電平時(shí)，指示燈點(diǎn)亮。圖2.6 傳感器模塊實(shí)物圖另外，如圖2.6所示，為傳感器模塊實(shí)物圖。在本電路圖的中上方具有靈敏度調(diào)節(jié)模塊。即通過調(diào)節(jié)靈敏度電位器，可以調(diào)整光照強(qiáng)度閾值。在實(shí)際安裝過程中，用戶可以根據(jù)對光照的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果用戶希望房間一直處于非常明亮狀態(tài)，則可以通過調(diào)整靈敏度電位器達(dá)到自己要求，即只要房間內(nèi)稍微有點(diǎn)暗，就可以輸出低電平，觸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，打

18、開窗簾。如果用戶希望房間內(nèi)光照強(qiáng)度處于光線柔和狀態(tài)，則可以調(diào)低光照靈敏度。達(dá)到用戶要求，即只要房間內(nèi)光線強(qiáng)度不是非常弱，窗簾不會打開，在保證屋內(nèi)光線柔和的前提下，觸動(dòng)電機(jī)模塊，進(jìn)行開關(guān)窗簾。2.2.2 電機(jī)模塊此部分主要包括電機(jī)及驅(qū)動(dòng)兩部分組成。本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)作為智能窗簾的開關(guān)執(zhí)行器。驅(qū)動(dòng)主要包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 電機(jī)的選擇方案一：使用直流電機(jī)來作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)行開合。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到很高，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的快速開合。其缺點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到很高，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的快速開合。其缺點(diǎn)是電機(jī)速度過高時(shí)，給出停轉(zhuǎn)信號后，由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾也隨之繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，可能會對窗簾

19、框架造成損停轉(zhuǎn)信號后，由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾也隨之繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，可能會對窗簾框架造成損害；速度過低，則可能會出現(xiàn)電機(jī)不能克服阻力，因而不能帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)。方案二：使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

20、步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。使用步進(jìn)電機(jī)作為來作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開合。此方案的優(yōu)點(diǎn)是給出停轉(zhuǎn)信號后，會立即停轉(zhuǎn)，不會對窗簾框架造成損害，且其扭矩比直流電機(jī)大，便于帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)；其缺點(diǎn)是價(jià)格比直流電機(jī)稍貴。如下圖所示，為步進(jìn)電機(jī)實(shí)物外觀圖。圖2.7 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物外觀圖綜上所述，選擇方案二作為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)窗簾的開合。下面以高2.0m、寬2.0m、亞麻窗簾布材質(zhì)的窗簾布，與電機(jī)相連的主動(dòng)輪以及從動(dòng)輪都是直徑D

21、= 5mm的滑輪構(gòu)建的窗簾模型為例，具體講解一下步進(jìn)電機(jī)的型號選擇。查閱資料得知，亞麻窗簾布的克重是800g，即高2.7m、寬1m的亞麻窗簾布的質(zhì)量是800g。那么，高0.8m、寬1.5m的亞麻窗簾布材質(zhì)的窗簾的質(zhì)量M為假設(shè)拉繩與滑輪的直徑垂直，窗簾與窗簾桿之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為=0.1，重力加速度g=9.8m/ s2，電機(jī)的效率一般在0.85 0.95的范圍內(nèi)，在這兒我們?nèi)?0.9。則窗簾布與窗簾桿之間的滑動(dòng)摩擦力F=Mg=0.11.489.8=1.45。那么主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的最小轉(zhuǎn)動(dòng)力矩考慮到框架實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，拉繩可能與窗簾的拉環(huán)之間存在一定的角度。因此，主動(dòng)輪所需的最小轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要大于之前

22、在理想條件下計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩值；即要求電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)有一工作電壓在5V/12V時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩為36mNm/45mNm的步進(jìn)電機(jī)，滿足主動(dòng)輪對轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的要求，因此選擇此電機(jī)作為帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案一：采用分離的三極管、電阻等電子元器件，構(gòu)成H橋式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須是對角線上的一對三極管導(dǎo)通。此方案的元器件易得，驅(qū)動(dòng)電路也不復(fù)雜；但此電路調(diào)試起來非常復(fù)雜。具體電路如圖所示：圖2.8 H橋驅(qū)動(dòng)電路方案二：采用TI公司生產(chǎn)的高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列芯片ULN2003作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍

23、寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)；使用時(shí)基本上不需要外接電路，使用起來非常方便。圖2.9 ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖綜上所述，選擇方案二來設(shè)計(jì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。3 系統(tǒng)硬件平臺及接口設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心，由存儲器、I/O單元電路、通信模塊、外部設(shè)備等必要的輔助接口組成。其中，存儲器是嵌入式系統(tǒng)存放數(shù)據(jù)和程序的功能部件；而外圍設(shè)備決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)特功能。在實(shí)際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)硬件配置非常精簡，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路可以根據(jù)需要和成本進(jìn)行裁剪、定制。通常，嵌入式系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面，用于系統(tǒng)與人的交互。人機(jī)界

24、面常常使用鍵盤、液晶屏、觸摸屏等部件，以方便與人的交互操作。本文以S3C2410A微處理器為主要核心部件介紹。圖3.1嵌入式系統(tǒng)的硬件組成3.1 S3C2410A 芯片簡介 S3C2410A 是Samsung 公司推出的16/32 位RISC 處理器(ARM920T 內(nèi)核)，適用于手持設(shè)備、POS 機(jī)、數(shù)字多媒體播放設(shè)備等等，具有低價(jià)格、低功耗、高性能等特點(diǎn)。S3C2410A提供了以下豐富的內(nèi)部設(shè)備：16KB的指令Cache和16KB 數(shù)據(jù)Cache，MMU虛擬存儲器管理，LCD控制器(支持STN&TFT)，支持NAND Flash系統(tǒng)引導(dǎo)，系統(tǒng)管理器(片選邏輯和SDRAM控制器)，3通道UA

25、RT，4通道DMA，4通道PWM定時(shí)器，I/O端口，RTC，8通道10 位ADC和觸摸屏接口，I2C總線接口，IIS總線接口，USB主機(jī)接口，USB設(shè)備接口，SD卡&MMC卡接口，2個(gè)SPI總線接口以及內(nèi)部PLL時(shí)鐘倍頻器。S3C2410A采用了ARM920T內(nèi)核，0.18um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元。它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。同樣它還采用了Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型總線結(jié)構(gòu)。S3C2410A提供了一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，消除了為系統(tǒng)配置額外器件的需要，大大減少了整個(gè)

26、系統(tǒng)的成本。S3C2410A主要的特征如下： 203MHz的ARM920T內(nèi)核，支持JTAG仿真調(diào)試； 16KB的I-Cache和16KB的D-Cache； 具有MMU，支持WinCE、EPOC32、Linux 等操作系統(tǒng)； 外部存儲器控制器(SDRAM控制和片選邏輯)，共分8個(gè)Bank，每個(gè)Bank可訪問128MB空間； 片內(nèi)4KB SRAM，可用作NAND Flash系統(tǒng)引導(dǎo)的緩沖區(qū)； LCD控制器(最大支持4K 色STN和256K色TFT)，1通道LCD專用DMA； 4 通道DMA，有外部請求引腳； 3 個(gè)UART (IrDA1.0，16字節(jié)Tx FIFO，16字節(jié)Rx FIFO)； 2

27、 個(gè)SPI總線接口； 1 個(gè)多主I2C總線接口； 1 個(gè)IIS 總線接口； 兼容SD主接口協(xié)議1.0 版和MMC卡協(xié)議2.11兼容版； NAND Flash/SM 卡接口，支持NAND Flash 系統(tǒng)引導(dǎo)； 2 個(gè)USB主機(jī)接口，1個(gè)USB設(shè)備接口(V1.1)； 4 個(gè)PWM定時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器； 看門狗定時(shí)器； 117 個(gè)通用I/O口； 24 個(gè)外部中斷； 8 通道10位ADC和觸摸屏接口； 具有日歷和時(shí)鐘功能的RTC； 1.8V 內(nèi)核供電，3.3V存儲器供電，3.3V外部I/O供電； 功耗控制模式：普通，慢速，空閑和掉電模式； 具有片內(nèi)PLL時(shí)鐘發(fā)生器。3.1.2 ARM2410試驗(yàn)箱

28、硬件結(jié)構(gòu)MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱是由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的一款可使用C/OS-II、Linux和WinCE 操作系統(tǒng)、支持QT、MiniGUI圖形系統(tǒng)、集眾多功能于一身的ARM9 教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺。MagicARM2410 實(shí)驗(yàn)箱采用ARM920T 內(nèi)核的S3C2410A 微處理器，擴(kuò)展有充足的存儲資源(SDRAM、NAND Flash、NOR Flash 和E2PROM 等)，具有10/100M 以太網(wǎng)接口、USB HOST 接口、USB Device 接口、CAN 接口、PCMCIA 存儲卡接口、IDE 硬盤接口、CF卡接口、SD 卡接口、IrDA 接口、IIS 數(shù)字音頻接口，8

29、 英寸640480 真彩TFT 液晶屏(帶觸摸屏)，可使用JTAG 仿真調(diào)試。模塊化的功能設(shè)計(jì)，便于實(shí)驗(yàn)操作的工藝設(shè)計(jì)，保留有外設(shè)PACK 和GPIO 輸出接口，可以實(shí)現(xiàn)目前幾乎所有的嵌入式接口實(shí)驗(yàn)，非常適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。MagicARM2410 實(shí)驗(yàn)箱參考圖片如圖 2.1 所示。MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱功能框圖如圖2.2所示。圖 3.2 MagicARM2410 實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)品外觀圖圖 3.3 MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱功能框圖其硬件資源如下： 處理器：核心板ARM920T處理器S3C2410A，工作頻率高達(dá)203MHz。 SDRAM：核心板64M字節(jié)。 NAND Flash：核心板64

30、M字節(jié)。 NOR Flash：核心板2M字節(jié)。 E2PROM：核心板256字節(jié)。 液晶屏：8英寸640480真彩TFT液晶屏。 觸摸屏：4線電阻式。 以太網(wǎng)接口：支持10/100M以太網(wǎng)。 USB 接口：USB 1.1，4個(gè)USB主機(jī)口，1個(gè)USB設(shè)備口。 音頻接口：IIS數(shù)字音頻輸入/輸出接口(有2 個(gè)揚(yáng)聲器和1 個(gè)咪頭)。 PCMCIA 接口：1個(gè)68Pin PCMCIA接口。 CF 卡接口：1個(gè)(PCMCIA 接口擴(kuò)展)。 IDE 硬盤接口：1個(gè)(PCMCIA 接口擴(kuò)展)。 SD/MMC 卡接口：1個(gè)。 RS232：2路。 IrDA：1路。 RS485：1路。 CAN 接口：1路(CAN

31、控制器SJA1000)。 ADC：CPU內(nèi)置，2路直流電壓測量。 DAC：1路PWM DAC輸出。 直流電機(jī)：1個(gè)。 步進(jìn)電機(jī)：1個(gè)。 RTC：CPU內(nèi)置，實(shí)驗(yàn)箱上有RTC后備電池。 WDT：CPU內(nèi)置。 數(shù)碼管：8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管(ZLG7290 驅(qū)動(dòng))。 鍵盤：16鍵小鍵盤(ZLG7290 驅(qū)動(dòng))。 獨(dú)立按鍵：1個(gè)(接到中斷輸入引腳)。 蜂鳴器：1個(gè)，直流蜂鳴器。 獨(dú)立LED：4個(gè)。 GPRS PACK 接口：1個(gè)，用來擴(kuò)展GPRS模塊。 VGA PACK 接口：1個(gè)，用來擴(kuò)展VGA輸出接口。 總線擴(kuò)展接口：2個(gè)(1個(gè)16位總線的、1個(gè)32位總線的)。 JTAG 接口：20PIN JTAG調(diào)試

32、接口。 JTAG 仿真器：Easy JTAG-H仿真器。其軟件資源如下： Linux (v2.4.18)嵌入式操作系統(tǒng) MiniGUI 圖形用戶界面學(xué)習(xí)版軟件包(Linux/uCLinux) Qt/Embedded和Qtopia支持 LED、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)(for Linux) 按鍵驅(qū)動(dòng)(for Linux) I2C驅(qū)動(dòng)程序 (for Linux) USB Device驅(qū)動(dòng)程序 (for Linux) USB HUB驅(qū)動(dòng)(for Linux) USB HID驅(qū)動(dòng)(鼠標(biāo)、鍵盤，for Linux) USB大容量驅(qū)動(dòng)(for Linux) 基于OV511芯片的USB攝像頭驅(qū)動(dòng)(for Linux) v

33、ideo4linux視頻軟件(for Linux) PCMCIA驅(qū)動(dòng)(for Linux) IDE驅(qū)動(dòng)(for Linux) SD/MMC卡驅(qū)動(dòng)程序(for Linux) Framebuffer驅(qū)動(dòng)TFT 640480液晶屏(for Linux) 觸摸屏驅(qū)動(dòng)(for Linux) 10M/100M以太網(wǎng)卡DM9000驅(qū)動(dòng) (for Linux) Madplay、boa移植(for Linux) uC/OS-II (v2.52)移植代碼 ZLG/FS文件管理系統(tǒng)軟件包 ZLG/FFS支持寫平衡的NAND Flash驅(qū)動(dòng)軟件包 (for uC/OS-II) ZLG/FTP-S嵌入式FTP服務(wù)器軟件

34、包(for uC/OS-II) 支持RS485/422MODBUS RTU協(xié)議軟件包(for uC/OS-II) ZLG/GPS軟件包(for uC/OS-II) ZLG/GPRS軟件包(for uC/OS-II) 串口軟件包 I2C 軟件包 實(shí)驗(yàn)源代碼，芯片數(shù)據(jù)手冊其可選硬件如下： GPRS模塊：選配。 GPS模塊：選配。 VGA PACK板：VGA接口，在Linux和Win CE系統(tǒng)下均不閃爍。 10M 以太網(wǎng)：CS8900 (PACK)。 攝像頭(USB接口)。 PC鍵盤(USB接口)。 鼠標(biāo)(USB接口)。3.2 I/O設(shè)備一個(gè)實(shí)用的嵌入式系統(tǒng)常常配有一定的外部設(shè)備，構(gòu)成一個(gè)以微處理器

35、為核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些外部設(shè)備包括輸入設(shè)備，如鍵盤、觸摸屏等；輸出設(shè)備，如顯示器等；完成數(shù)據(jù)控制和轉(zhuǎn)換的設(shè)備，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等。這些外部設(shè)備中，有的是以微控制器形式集成為片上設(shè)備，其他的通常是單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。嵌入式處理器通常集成了大量I/O模塊，因此I/O接口可被認(rèn)為是處理器的一部分。I/O接口電路與嵌入式處理器之間通過內(nèi)部總線交換信息。從編程結(jié)構(gòu)看，I/O模塊可分為數(shù)據(jù)輸入寄存器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器、模式寄存器等。圖 3.3 I/O模塊功能框圖模式寄存器：只寫，用于設(shè)置I/O接口的工作方式；控制寄存器：只寫，用于控制I/O接口的工作；狀態(tài)寄存器：

36、只讀，用于獲取I/O接口的工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)輸入寄存器：只讀，用于獲取外設(shè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)輸出寄存器：只寫，用于向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)；不同I/O接口，寄存器數(shù)量和功能也不相同，復(fù)雜的接口可能具有更多的寄存器。本文以GPF4作為傳感器信號輸入，MagicARM2410 實(shí)驗(yàn)箱上采用了達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003 來驅(qū)動(dòng)四相步進(jìn)電機(jī)，其控制口線為GPC0、GPC5、GPC6 和GPC7，只要正確輸出I/O 控制時(shí)序，即可控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過 4 個(gè)GPIO 輸出有序的矩形脈沖，控制ULN2003 驅(qū)動(dòng)四相步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，啟停調(diào)速的功能?？刂频姆椒ú捎秒p四拍（ABBCCDDAAB）。4 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為智能

37、窗簾設(shè)計(jì)，其主程序流程圖如下所示：圖4.1 系統(tǒng)流程圖如圖所示，為本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖。初始化之后，首先進(jìn)行判斷是白天工作模式還是夜間工作模式。如果是白天工作模式，則根據(jù)生活常識，白天應(yīng)該打開窗簾。則在白天工作模式下，有光敏傳感模塊進(jìn)行檢測室內(nèi)光線強(qiáng)度。如果光線太暗，則觸發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)打開窗簾，隨著窗簾開度的增加，室內(nèi)光線變亮，光敏傳模塊實(shí)時(shí)檢測室內(nèi)光線信號，直到光線強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)候，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如果室內(nèi)光線沒有達(dá)到要求，則電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，繼續(xù)增大窗簾開度。如果在夜間工作模式下，只需關(guān)閉窗簾即可。則在夜間，電機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行關(guān)閉窗簾，然后實(shí)時(shí)判斷窗簾是否完全關(guān)閉。如果窗簾沒有完全關(guān)閉，則電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)進(jìn)行關(guān)閉窗