面向智能家居控制系统的软硬件协同设计

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1、中图分类号：TP332论文编号：102870415-S045学科分类号：080902硕士学位论文面向智能家居控制系统的软硬件协同设计研究生姓名陈荣涛学科、专业电路与系统研究方向数字系统设计与计算机应用指导教师葛芬副教授陈鑫副教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringHardwa

2、re-SoftwareCo-designforSmartHomeControlSystemAThesisinElectronicCircuitandSystemEngineeringbyChenRongtaoAdvisedbyAssociateProfessorGeFenandChenXinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文

3、是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III面向智能家居控制系统的软硬件协同设计摘要智能家居控制系统是整个智能家居系统中最核心的部分，控制着所有家居设备与用

4、户的通信，智能家居的稳定运行和家居设备的管理均依赖于此。目前，智能家居控制系统一般采用传统的软硬件独立开发的设计方法，无法适应日新月异的需求。为了更好的适应智能家居需求，论文提出了一种新的解决方案，即采用具有硬件可扩展的高性能处理芯片Zynq7020和软硬件协同设计方法实现智能家居控制系统。论文首先分析了智能家居控制系统的设计现状和功能需求，结合嵌入式技术，提出了智能家居控制系统的整体结构及软硬件设计方案。该系统主要由系统节点、家庭网关和用户监测中心三部分构成。系统节点由ZigBee协调器节点和ZigB

5、ee终端节点组成，以协调器节点为中心构成一个星型网络，实现室内温湿度采集、多个照明灯具和窗帘控制。节点控制芯片采用低功耗CC2530处理器，搭载支持大型网络的ZigBee2007Pro协议栈。论文实现了节点的硬件电路和ZigBee组网，并设计了节点控制程序，进行了协议栈移植。家庭网关以Zynq7020处理器为核心，辅以视频采集模块和网页服务器构成，通过以太网与用户监测中心实现信息交互，通过串口与ZigBee网络部分通信，实现数据处理、传输和存储。基于Zynq7020芯片的硬件构成，论文详细阐述了以软硬件

6、协同设计方法实现基于FPGA的UART控制器与基于ARMCortex-A9的串口控制程序，并在Cortex-A9上成功移植了Android系统，搭建了Web服务器和视频编码器。最后，基于Web网页设计了用户监测中心，可以实现远程登录系统并对家居设备进行控制。经过系统整体方案设计、系统节点设计、家庭网关以及用户监测中心设计等过程，本文实现了一个完整的智能家居控制系统并对其进行了测试。该系统设计方法缩短了开发周期，应用软件移植方便，硬件资源可扩展且实时性较高，达到了预期目标。关键字：Zynq7020，Zig

7、Bee，软硬件协同设计，Android，WebIV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTThesmarthomecontrolsystemisakeypartinthesmarthomesystem,whichcancontrolthecommunicationbetweenuserandthehouseholdequipment.What’smore,thestableoperationofthesmarthomeandthemanagementofhouseholdequipmentareal

8、sodependonit.Atpresent,traditionaldesignmethodisappliedtodesignthesystemregularly,butit’sunabletoadapttochangingneeds.Inordertobettertomeettheintelligenthouseholddemand,thispaperproposesaHardware-SoftwareCo-designmethodbas