低功耗-智能家居控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要（中英文） </b></p><p>　　基于物聯(lián)網(wǎng)的思想，系統(tǒng)由三部分組成，終端部分、傳輸部分和服務(wù)器部分，終端部分和傳輸部分分別由一片MSP430F2616單片機(jī)控制，終端部分采集、控制，傳輸部分由一片單片機(jī)與W5100連接用于連接互聯(lián)網(wǎng)，在PC機(jī)上面建有服務(wù)器，能在其它客戶端訪問網(wǎng)頁(yè)并通過網(wǎng)頁(yè)控制。</p><p>　　Base

2、d on the content of “The Internet of things”, this system consists of three parts, terminal part, transmission parts and server part, terminal part and transmission part are both controlled by MCU MSP430F2616.And the ter

3、minal part in charge of collecting information and controlling "things", while the transmission part consists of a MCU and part SW5100 part. There is a server in a PC, we can scan the webpage as a client and co

4、ntrol your device via this webpage.</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的思想，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，其英文名稱是“The Internet of things”。其基本思想是以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督、控制。它在各個(gè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)基于這種思想，提供了一

5、種具體的實(shí)現(xiàn)方案，以四個(gè)LED為例，四個(gè)LED由控制終端控制，通過傳輸部分傳輸?shù)絇C機(jī)服務(wù)器端，通過其它互聯(lián)網(wǎng)端能登陸網(wǎng)頁(yè)，并能操作控制端，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。本系統(tǒng)除了能控制4個(gè)LED，還能夠采集溫度，并在網(wǎng)頁(yè)上實(shí)時(shí)更新，以該系統(tǒng)為模板，可以擴(kuò)展出更多的功能，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案 </b></p><p>　　控制部分和傳輸部分均用

6、TI公司MSP430F2616主控芯片控制，傳輸部分由該單片機(jī)與W5100以太網(wǎng)模塊完成網(wǎng)絡(luò)連接。用戶可通過電腦、手機(jī)等客戶端上網(wǎng)，完成遠(yuǎn)程監(jiān)控。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案用框圖如下所示：</p><p><b>　　圖 2-1</b></p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><

7、;p><b>　　方案論證及選擇</b></p><p><b>　　SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊</b></p><p>　　方案一：采用獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器ENC28J60，ENC28J60采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接(SPI)的以太網(wǎng)控制器ENC28J60具有以下主要特征：符合IEEE 802．3協(xié)議。內(nèi)置10Mbps以太網(wǎng)物理層器件(PHY)及媒體訪

8、問控制器(MAC)，可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)。具有可編程過濾功能。特殊的過濾器，包括Microchip的可編程模式匹配過濾器，可自動(dòng)評(píng)價(jià)、接收或拒收Magic Packet，單播(Unicast)、多播(Multicast)或廣播(Broadcast)信息包，以減輕主控單片機(jī)的處理負(fù)荷。l0bps SPI接口。業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的串行通信端口，使得低至18引腳的8位單片機(jī)也具有網(wǎng)絡(luò)連接功能。</p><p&

9、gt;　　方案二：采用SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)控制器W5100。W5100 是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100 以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。使用 W5100 可以實(shí)現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的 Internet 連接。W5100與 IEEE802.3 10BASE-T和 802.3u 100BASE-TX兼容。W5100 內(nèi)部集成了全硬件的、且經(jīng)過多年市場(chǎng)驗(yàn)證的 TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)

10、傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。硬件 TCP/IP 協(xié)議棧支持 TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP 和 PPPoE，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領(lǐng)域經(jīng)過了多年的驗(yàn)證。W5100 內(nèi)部還集成有 16KB 存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口（Socket）編程。 W5100提供 3種接口：直接并行總線、間接并行總線和 SPI總線。W5100與 MCU接口非常簡(jiǎn)單，就像訪問外部存儲(chǔ)器一樣

11、。 </p><p>　　方案選擇：ENC28J60需要用uip0.9等轉(zhuǎn)用于微處理器的傳輸協(xié)議，該協(xié)議不是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，刪減了一些不常用的功能。使用ENC28J60必須要開發(fā)者熟悉TCP/IP協(xié)議。W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100 以太網(wǎng)控制器。開發(fā)者不需非常要熟悉TCP/IP協(xié)議。只需要進(jìn)行上位機(jī)的Socket編程。所以我們選用W5100模塊。</p>

12、<p><b>　　單片機(jī)模塊</b></p><p>　　方案一：采用應(yīng)用最廣泛、最傳統(tǒng)的8位C51系列單片機(jī)，C51系列單片機(jī)從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器，它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。但傳統(tǒng)的51系列也有很多不足之處，當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘12分頻后機(jī)器周期只有1μs，運(yùn)行速度過慢，顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運(yùn)行的需要。工作

13、電壓為5V，沒有省電模式，功耗高等缺點(diǎn)。</p><p>　　方案二：采用以LPC2103為代表的 RAM7系列單片機(jī)，LPC2103單片機(jī)內(nèi)置PLL倍頻功能，可將內(nèi)核的頻率升至70MHz，內(nèi)部嵌入高速的Flash，擁有128位寬度儲(chǔ)存器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。但是，RAM7系列單片機(jī)在內(nèi)部資源相同的條件下價(jià)格昂貴，適合于在高端行業(yè)中使用。</p><p>

14、;　　方案三：采用MSP43F2616單片機(jī)，430單片機(jī)是TI公司推出的16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的超低功耗單片機(jī)，MSP43F2616其內(nèi)部自帶12位的AD和DA，還有高達(dá)120Kfash存儲(chǔ)區(qū)，4KARM存儲(chǔ)區(qū)，2個(gè)SPI接口、4個(gè)串口等，其最大特點(diǎn)是可以在線編程和這樣可以為編程者調(diào)試程序提供很大的便利。其低功耗特點(diǎn)非常適合用在對(duì)功耗要求非常嚴(yán)格的環(huán)境。</p><p>　　方案選擇：從上面的介紹可知道：51

15、單片機(jī)價(jià)格便宜但功能少，且沒有低功耗模式。LPC2103價(jià)格高功耗大，MSP430不僅功能多、價(jià)格合適而且有低功耗模式完全符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，故我們選用MSP430作為控制器。</p><p><b>　　溫濕度采集模塊</b></p><p>　　方案一：淘寶網(wǎng)上買成品模塊。店家會(huì)給相關(guān)資料及一些技術(shù)支持。但成本非常高。</p><p>　　方

16、案二：自己購(gòu)買溫濕度傳感器DHT11和TI公司溫度傳感器TMP121。網(wǎng)上關(guān)于這兩種傳感器的資料相當(dāng)多，所以很容易驅(qū)動(dòng)傳感器正常工作。并且可以更具實(shí)際需要更加靈活的設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。</p><p>　　方案選擇：通過比較論證我們選擇方案二，成本低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活。</p><p><b>　　無線通信模塊</b></p><p>　　方案一：XL2

17、4L01P-D01是采用挪威NORDIC公司的nrf24L01p 2.4G無線收發(fā)IC設(shè)計(jì)的一款高性能2.4G無線收發(fā)模塊，采用GFSK調(diào)制，工作在2400-2483M的國(guó)際通用ISM頻段，最高調(diào)制速率可達(dá)2MBPS。XL24L01P-D01集成了所有與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號(hào)處理部分，如：自動(dòng)重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)等，模塊的SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI口連接或用單片機(jī)的I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各

18、種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。通信距離開闊地100米左右。NRF24L01可以支持一對(duì)多的模式。</p><p>　　方案二：采用串口無線通信模塊。RF1100-232無線收發(fā)模塊，采用TI公司的高性能CC1101無線通信芯片，433MHz免費(fèi)ISM頻段免許可證使用，串口232/485通訊方式，透明傳輸，應(yīng)用簡(jiǎn)單無需編程即可使用，極大方便使用，提供多達(dá)256個(gè)信道，低功耗工作，直線傳輸距離可達(dá)200

19、米。高抗干擾能力和低誤碼率，基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)和信道交織編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗隨機(jī)干擾和突發(fā)干擾的能力。低功耗模塊，最大發(fā)射功率10mW是一款低成本433MHz頻段無線透?jìng)髂K。</p><p>　　方案選擇：方案一通信距離短、功耗相對(duì)較大、不易調(diào)試。方案二的串口數(shù)據(jù)傳輸非常方便我們?cè)谡{(diào)試的時(shí)候觀察數(shù)據(jù)，且通信距離更長(zhǎng)、功耗更低。故我們選用方案二。</p><p>　　

20、室內(nèi)燈光控制模塊、防盜模塊、人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊</p><p>　　方案一：直接在網(wǎng)上購(gòu)買模塊。</p><p>　　方案二：自己設(shè)計(jì)電路、組裝調(diào)試。</p><p>　　方案選擇：方案一成本高而且電路不能再次修改。方案二成本低，電路設(shè)計(jì)空間大。且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)可以再次修改等。故我們選用方案二。</p><p><b>　　模塊電路設(shè)計(jì)&

21、lt;/b></p><p>　　SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊電路</p><p>　　串行外圍設(shè)備SPI 總線技術(shù)是一種同步串口接口，具體的3~4線接口， 收發(fā)獨(dú)立、可同步進(jìn)行，其硬件功能很強(qiáng)，所以與SPI相關(guān)的軟件相當(dāng)簡(jiǎn)單， SPI 總線上可以連接多個(gè)可作為主機(jī)的MCU(微控制器)、 有SPI 接口的輸出輸入設(shè)備， 但在任一瞬間只能允許一個(gè)設(shè)備作為主機(jī)， SPI協(xié)議是以主從方式工作的， 這

22、種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備， 其接口包括以下 4 種信號(hào)：</p><p>　　(1)串行數(shù)據(jù)輸入(也稱為主進(jìn)從出， 或 MISO)</p><p>　　(2)串行數(shù)據(jù)輸出(也稱為主出從進(jìn)， 或 MOSI)</p><p>　　(3)串行移位時(shí)鐘(也稱為 SCK)</p><p>　　(4)從使能信號(hào)(也稱為 SS)</p

23、><p>　　數(shù)據(jù)的傳輸由 SCK 決定，根據(jù) SCK 時(shí)序的差別分為兩種， 數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿輸出或者在 SCK 的下降沿輸出。由于SPI 接口定義的靈活性，同時(shí)也導(dǎo)致了各個(gè)廠商生產(chǎn)的具有SPI 接口的芯片在工作時(shí)序上并不是一致的，所以使用時(shí)需要注意工作時(shí)序的差別。</p><p>　　W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10/100以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)

24、定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)。使用W5100可以實(shí)現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的Internet連接，兼容IEEE802.3 10BASE-T 和 802.3U 100BASE-TX。W5100內(nèi)部集成全硬件的、經(jīng)過市場(chǎng)驗(yàn)證的TCP/IP協(xié)議棧、以TCP,UDP,IPV4,ICMP,ARP,IGMP和PPPoE,這些協(xié)議已經(jīng)過多年市場(chǎng)驗(yàn)證。W5100內(nèi)部集成有16K存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸，使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口（So

25、cket）編程。 </p><p>　　W5100支持3種接口電路：直接并行總線、間接并行總線、SPI總線模式（支持模式0和模式3）。并行總線模式需要占用大量的IO口，為了MCU可以掛更多的外設(shè)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用功能。我們選擇SPI總線模式。MISO 、MOSI、SCLK、CS、SPI_EN、INT分別接MSP430P6.0-P6.5。另外W5100的66-73可以接LED燈顯示芯片的工作狀態(tài)。為了降低功耗，沒有接

26、LED。另外我們采用3.3V給系統(tǒng)供電。也有效的降低了系統(tǒng)功耗。</p><p>　　W5100采用25M的晶振為其提供系統(tǒng)時(shí)鐘。另外RJ485接口有一個(gè)電源指示燈和一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸指示燈一直工作。所以W5100模塊的功率還有待進(jìn)一步優(yōu)化。下圖是W5100與MSp430連接示意圖：</p><p><b>　　圖 3-1</b></p><p>&

27、lt;b>　　單片機(jī)模塊</b></p><p>　　MSP430F2616具有92K閃存、4KB RAM；低電壓供電1.8V至3.6V；低功耗： 活動(dòng)模式： 1 MHz、2.2 V時(shí)365 µA ；待機(jī)模式（VLO）： 0.5 µA ；關(guān)機(jī)模式（RAM保存）： 0.1 µA ；從待機(jī)模式喚醒只需不到1 µs ；16位RISC架構(gòu)，62.5ns指令周期時(shí)間

28、 ；三通道內(nèi)部DMA；具備內(nèi)部參考（Internal Reference）；采樣與保持以及自動(dòng)掃描特性的12位模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器 、兩個(gè)帶同步功能的12位數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器 、帶三個(gè)捕捉/比較寄存器的16位定時(shí)器_A 、具備七個(gè)捕捉/影子比較寄存器（Compare-With-Shadow Register）的16定時(shí)器_B 、片上比較器 、四個(gè)通用串行通信接口（USCI）、USCI_A0以及USCI_A1 、支持自動(dòng)波特率檢測(cè)的增強(qiáng)

29、型UART 、IrDA編碼器和解碼器 、同步SPI 、USCI_B0以及USCI_B1 I2C? 同步SPI 具備可編程電平檢測(cè)功能的電源電壓監(jiān)管器/監(jiān)控器欠壓檢測(cè)器 。</p><p>　　本系統(tǒng)只需要單片機(jī)最小系統(tǒng)板，單片機(jī)外沒有加如液晶、點(diǎn)陣等相對(duì)MSP430的“大功率”器件。其目的就是降低系統(tǒng)功耗。但同時(shí)為了方便以后添加其他應(yīng)用我們引出了MSP430F2616所有的IO口，為了方便系統(tǒng)的調(diào)試引出了串口A0

30、 、四個(gè)按鍵接P1.4-P1.4、四個(gè)LED等接P1.0-P1.3。用JTAG進(jìn)行在線調(diào)試。</p><p><b>　　圖 3-2</b></p><p><b>　　無線通信模塊</b></p><p>　　無線通信我們采用了市面上已經(jīng)有的通信模塊。本系統(tǒng)采用TI公司的CC1101無線通信芯片做的模塊。由于該芯片體積小

31、、對(duì)布線有一定的要求，且為了減小系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間和成本。我們選擇了購(gòu)買市場(chǎng)現(xiàn)有的模塊電路直接使用。</p><p>　　CC1101微功率無線數(shù)傳模塊，采用TI-Chipcon公司的高性能CC1101無線通信芯片(CC1100芯片的改進(jìn)版，比CC1100更勝一籌，且無縫替換，程序完全相同)，最大傳輸數(shù)率可達(dá)500Kbps，并可軟件修改波特率，開闊地傳輸距離可達(dá)250-300米，具有無線喚醒等功能，靈敏度達(dá)到-110

32、dBm，可靠性高。所以非常適合用在智能家居系統(tǒng)中。另外該模塊工作在315/433/868/915MHz ISM/SRD波段。對(duì)人體的輻射更小。</p><p>　　室內(nèi)燈光控制模塊、防盜模塊、人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊</p><p>　　室內(nèi)燈光控制子系統(tǒng)我們采用了4個(gè)LED燈模擬室內(nèi)燈的開關(guān)狀態(tài)控制，采用灌電流的方式驅(qū)動(dòng)LED燈。另外用MSP430的P1作為外部中斷入口，檢測(cè)4個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位

33、后，web服務(wù)器會(huì)給所有的燈發(fā)出關(guān)燈命令。所有燈均熄滅。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，燈的狀態(tài)與當(dāng)前燈的狀態(tài)相反，并及時(shí)發(fā)送信息到web服務(wù)器，web服務(wù)器的數(shù)據(jù)會(huì)馬上更新，并顯示到網(wǎng)頁(yè)上。</p><p>　　防盜模塊子系統(tǒng)采用555芯片的單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)2沒有輸入時(shí)，3腳輸出低電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)人觸摸2腳（輸入低電平）時(shí)，電路發(fā)生一次反轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平。其輸出高電平時(shí)間T= 1.1*R*C。同時(shí)三極管導(dǎo)通，LED燈亮、

34、報(bào)警器開始報(bào)警。MSP430的P1.7檢測(cè)到上升沿進(jìn)入中斷向web服務(wù)器發(fā)送指令。Web服務(wù)器接收到指令后記錄日志并向業(yè)主指定的郵箱發(fā)郵件。</p><p>　　人數(shù)統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng) 采用2組紅外傳感器進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)有傳感器被擋住時(shí)，比較器輸出高電平。MCU將采集的信號(hào)進(jìn)行處理后，通過w5100發(fā)送到web服務(wù)器中。另外該電路能更加精確的統(tǒng)計(jì)人數(shù)。只有當(dāng)人先后經(jīng)過2個(gè)傳感器時(shí)，MCU才會(huì)向服務(wù)器發(fā)送指令。另外該電路也可以

35、用在停車場(chǎng)，統(tǒng)計(jì)停車場(chǎng)停放車輛總數(shù)或剩余泊位等。</p><p>　　下面是各個(gè)模塊電路圖。</p><p><b>　　圖 3-3</b></p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一：軟件設(shè)計(jì)總體框圖</p><p><b>　　圖

36、 4-1</b></p><p>　　TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用了4層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。通俗而言：TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號(hào)，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺(tái)電腦規(guī)定一個(gè)地址。</p><p>　　socket用于

37、描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。在Internet上的主機(jī)一般運(yùn)行了多個(gè)服務(wù)軟件，同時(shí)提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個(gè)Socket，并綁定到一個(gè)端口上，不同的端口對(duì)應(yīng)于不同的服務(wù)。</p><p>　　本服務(wù)器使用了socket編程，tcpip編程?？紤]到報(bào)警信息必須接收到，所以通信采用了tcp協(xié)議。其工作方式如圖，服務(wù)器主動(dòng)打開等待連接，接受到連接后和客戶端通信并且存儲(chǔ)信息，當(dāng)用戶通過web改動(dòng)設(shè)備的狀

38、態(tài)，例如關(guān)閉一盞燈，服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送關(guān)燈命令給客戶端，客戶端接受到命令執(zhí)行關(guān)燈操作，然后再把燈的狀態(tài)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器再更新數(shù)據(jù)庫(kù)，再更新到web頁(yè)面，到此完成一次操作。</p><p>　　第二：服務(wù)器算法設(shè)計(jì)</p><p>　　本服務(wù)器詳細(xì)算法如下圖，首先服務(wù)器主動(dòng)打開，啟動(dòng)兩個(gè)線程，一個(gè)線程用于接收客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，一個(gè)線程用于向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><

39、;p>　　接收數(shù)據(jù)的線程首先判斷是否接收到ip數(shù)據(jù)包，如果沒有接收到包則繼續(xù)等待ip數(shù)據(jù)包，如果接收到，那么通過程序分析包中的標(biāo)志位，根據(jù)標(biāo)志位判斷ip包發(fā)來的數(shù)據(jù)是什么數(shù)據(jù)，T那么接收到的是室外溫度，H那么接收到的是室外濕度，如圖所示。如果接收到的是報(bào)警信息，那么首先發(fā)送Email給房間的業(yè)主，然后再將報(bào)警的詳細(xì)情況更新到數(shù)據(jù)庫(kù)。之后再次等待ip數(shù)據(jù)。</p><p>　　發(fā)送數(shù)據(jù)的線程主要負(fù)責(zé)向客戶端發(fā)

40、送請(qǐng)求指令，例如獲取室外溫濕度的命令，另外發(fā)送燈的操作給客戶端。服務(wù)器判斷數(shù)據(jù)庫(kù)是否更新，如果更新則說明業(yè)主通過web對(duì)燈發(fā)出了操作指令，那么先判斷是否到了預(yù)設(shè)開關(guān)燈的時(shí)間，如果到了，那么發(fā)送相應(yīng)的操作給客戶端，如果沒有到，那么發(fā)送當(dāng)前的燈狀態(tài)給客戶端，之后，發(fā)送數(shù)據(jù)的線程再次判斷數(shù)據(jù)庫(kù)是否更新。</p><p><b>　　圖 4-2</b></p><p>　　第

41、三：客服端程序設(shè)計(jì)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)客戶端的低功耗，在MCU（客服端）程序設(shè)計(jì)時(shí)我們采取了在對(duì)各個(gè)基本模塊初始化成功后向服務(wù)器發(fā)送必要的模擬電器的初始狀態(tài)信息，在這些基本操作結(jié)束后主控MCU即進(jìn)入低功耗模式。在低功耗模式下，只有當(dāng)服務(wù)器向客戶端發(fā)送控制命令或者有其它模塊的中斷申請(qǐng)到來的時(shí)候，MCU才會(huì)從低功耗模式被喚醒。由客服機(jī)的程序設(shè)計(jì)思路可以看出MCU只有在被喚醒的狀態(tài)時(shí)才是有較大功耗的，而在低功

42、耗模式時(shí)其待機(jī)電流在只有0.1uA（微安）此時(shí)其功耗是完全可以忽略的。所以為了降低功耗就得讓中斷服務(wù)程序以最快的速度執(zhí)行完畢，所以我們的主時(shí)鐘系統(tǒng)和子系統(tǒng)時(shí)鐘都是采用了16M的高頻晶振作為時(shí)鐘源。如此即便是在干電池供電的場(chǎng)合也可連續(xù)工作幾年的。</p><p>　　MCU時(shí)鐘模塊初始化程序如下：</p><p>　　void MCLK_INIT()</p><p>

43、<b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　BCSCTL1 &= ~XT2OFF; // Activate XT2 high freq xtal</p><p>　　BCSCTL3 |= XT2S_2; // 16MHz crys

44、tal or resonato</p><p>　　// Wait for xtal to stabilize</p><p><b>　　do</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　IFG1 &= ~OFIFG; // Cle

45、ar OSCFault flag</p><p>　　for (i = 0x47FF; i > 0; i--); // Time for flag to set</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while ((IFG1 & OFIFG)); // OSCFa

46、ult flag still set?</p><p>　　BCSCTL2 |= SELM_2 +SELS ; // MCLK = XT2 、SMCLK = XT2</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　客戶機(jī)程序模塊圖：</b></p><p><

47、b>　　圖 4-3</b></p><p><b>　　系統(tǒng)創(chuàng)新</b></p><p>　　一：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是來源于對(duì)日常生活的思考，能夠提供給人們更加智能化的家庭居條件。據(jù)調(diào)查我國(guó)目前智能家居的覆蓋率還在5%左右，且價(jià)格還相對(duì)昂貴，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)價(jià)格實(shí)惠且可用性強(qiáng)的智能家居控制系統(tǒng)。</p><p>　　二：本系統(tǒng)中客

48、戶機(jī)（即家中的MCU采用TI公司的MSP430F2616），平時(shí)都是處于低功耗模式，其待機(jī)功耗可忽略不計(jì)。只有用戶在遠(yuǎn)程端操作網(wǎng)頁(yè)，以及家中有報(bào)警信息時(shí)客服機(jī)才處于稍高一點(diǎn)功耗的模式，而且這個(gè)時(shí)間是很短的。所以低功耗也是其特點(diǎn)。</p><p>　　三：該系統(tǒng)結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)，以強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)為支持通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)可以最大限度的提高系統(tǒng)使用靈活性，而不受地域限制。同時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)功能，在家中有異常情況發(fā)生時(shí)，還可以向戶

49、主及時(shí)發(fā)送郵件提醒通知。</p><p>　　四：在客戶機(jī)與服務(wù)器通信時(shí)我們自己在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了自己的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，以便實(shí)現(xiàn)在有限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)中攜帶更多的控制命令。</p><p><b>　　評(píng)測(cè)與結(jié)論</b></p><p><b>　　系統(tǒng)測(cè)試步驟：</b></p><p>　

50、　第一步：打開遠(yuǎn)程服務(wù)器，客戶機(jī)發(fā)向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求進(jìn)而建立連接。</p><p>　　第二步：在任一電腦上登陸網(wǎng)頁(yè)即可查看家里各電器的信息，以及室內(nèi)、外的溫濕度。</p><p>　　第三步：測(cè)試用戶在網(wǎng)頁(yè)上遠(yuǎn)程控制家里電器的功能，其中包括兩點(diǎn)首先：點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的不同電器控制按鈕，以便測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程控制家里的電器的功能是否正常；然后：是設(shè)置網(wǎng)頁(yè)上的定時(shí)開關(guān)電器的時(shí)間以便測(cè)試遠(yuǎn)程計(jì)劃任

51、務(wù)功能是否正常。如果各電器按照用戶在網(wǎng)頁(yè)上的操作做出相應(yīng)的反應(yīng)，則表示系統(tǒng)此項(xiàng)功能正常。</p><p>　　第四步：測(cè)試房間人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，在家中有相應(yīng)的檢測(cè)器可以檢測(cè)進(jìn)入房間的人數(shù)，并且觸發(fā)家中的主控MCU向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)人數(shù)。</p><p>　　第五步：測(cè)試保險(xiǎn)箱非法開啟報(bào)警功能，在保險(xiǎn)箱內(nèi)放置了觸摸報(bào)警器，一旦有</p><p>　　非法開啟報(bào)警器一邊發(fā)

52、出聲光警報(bào)，同時(shí)也觸發(fā)家中的MCU向遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送非法入侵的消息，不僅如此還可以向戶主的郵箱發(fā)送報(bào)警郵件以提示戶主。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　經(jīng)過我們的測(cè)試，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　但是也有不足之處，在遠(yuǎn)程控制時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制上有些延遲反應(yīng)。</p>&