智能家庭系统的设计与实现

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1、上海交通大学硕士论文第三章系统的硬件和软件设计第三章系统的硬件和软件设计由于家庭智能系统的主要功能都是通过硬件来实现的只是在MCU的功能编程和通过USB接口与计算机软件相连时才用到软件因此系统的硬件设计和实现是家庭智能系统的可靠性和实用性的关键系统由阻波器中央控制模块终端控制模块传感器键盘配置模块电话语音模块组成下面分节介绍系统的硬件组成3.1阻波器阻波器是安装在户内和户外220V低压电力线之间的设备按低通滤波器设计让220V/50Hz的用户电力完全通过阻挡工作在130kHz左右的载波频率以防止室内的信号泄漏到室外也可以阻挡室外的信号干扰室内保证了室内的信道传输特

2、性由于50Hz和130kHz的频率相差较远对低通滤波器的要求不是很高在通带过渡带截止频带上要求不是很严格因此设计一阶滤波器就可以满足条件当然如果采用高阶的滤波效果会更好R1/jwC图3-1阻波器的结构图Figure3-1Thecircuitoflinetraps图3-1是阻波器的结构图通过计算可得出系统的频率响应为1通过选择RC的参数可以使得高频衰耗30db左右H(jw)=1+jwRC7上海交通大学硕士论文第三章系统的硬件和软件设计3.2中央控制模块USB口CH371计算机接口核心RAM串口MCU键盘配置模块4052电话语音模块7537220V电源线图3-2中央控

3、制模块的功能图Figure3-2Thefunctiondiagramofcentralcontrolmodule图3-2是中央控制模块的功能图可以看出其核心是MCU同时为了记录系统工作数据的RAM通过CH371芯片提供和计算机的USB接口通过4052的4选一芯片把MCU的串口和键盘配置单元电话语音单元ST7537芯片的串口相连ST7537是电力线载波通信模块通过串口接收和发送MCU的数据同时提供低压电力线的耦合方式把数据再通过220V低压电力线发送出去接收从220V低压电力线上传输过来的数据实现了低压电力线载波通信当然终端监控模块也是通过ST7537芯片间接的连接

4、在220V低压电力线上3.2.1MCU的选择从MCU所需要完成的功能来看对速率要求并不高如果有视频数据传输的话可能需要DSP芯片因此本系统是采用了单片机由于为了记录系统工作时的一些重要的数据在单片机外部连接了RAM这样对单片机本身自带的RAM要求就降低了但是由于单片机需要实现的功能还是很多的考虑到通过CH371芯片和计算机的USB接口连接以及将来家庭内部和小区安全系统互连等情况编写的程序可能较大因此选用了华邦公司的W78E58芯片W78E58芯片总共有4个双向数据和地址I/O口3个16位定时/计数器1个串口可以通过8个中断源2个优先级的中断来实现控制芯片本身包含2

5、56字节的RAM和32KB字节的EEPROM可以方便的电擦除(1)3个定时器/计数器定时器0定时器1定时器2每个都包含2个8位的数据寄存器对于定时器0叫做TL0TH0对于定时器1叫做TL1TH1对于定时器2叫做TL2TH2定时器0和定时器1是通过TCON和TMOD两个寄存器进行控制定时器2是通过T2CON寄存器进行控制RCAP2H和RCAP2L两个寄存器是用来实现定时器2的捕获和自动重装功能8上海交通大学硕士论文第三章系统的硬件和软件设计定时器2既可以作为外部事件计数器也可以作为内部计数器取决于T2CON的C/T2位的值定时器2也可以有三种操作模式捕获自动重装波特

6、率发生器时钟的速度在捕获和自动重装模式下和定时器0定时器1相同(2)晶振W78E58内部有起振电路为了使晶振工作必须在XTAL1和XTAL2引脚之间接个晶振此外每个引脚必须接个负载电容(3)外部时钟外部时钟必须连在XTAL1引脚上XTAL2引脚必须空置XTAL1引脚是CMOS型输入也正是晶振所需要的因此外部时钟信号幅值必须超过3.5V(4)系统时钟系统时钟既可以是通过晶振也可以通过外部时钟来产生在芯片内部时钟在使用前经过二分频使得它对工作周期的变化不是很敏感(5)电源管理闲置模式闲置模式是通过PCON寄存器的IDL位设置在闲置方式下输入到处理器的内部时钟停止了外设

7、和中断逻辑被锁定只有当产生中断或重置处理器时才退出闲置模式低电压模式低电压模式是通过PCON寄存器的PD位设置的在这种模式下所有的时钟都停止了包括晶振只有通过重置处理器才可以退出低电压模式重置处理器为了确保重置信号有效必须在晶振工作的前提下保持高电平两个机器周期以上重置后端口被设置为高电平堆栈口设置为指向07HPCON寄存器除了第4位都被设置为0所有的SFR寄存器除了SBUF外都被置为00HSBUF不会重置(6)新定义的外设为了更加适合I/O口在P4口的4位地址和两个外部中断INT2INT3被加入到W78E58中INT2/INT3两个额外的外部中断INT2和INT

8、3功能和I