基于双网络的智能家居远程控制系统网关设计与实现

摘要

随着科学技术的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求越来越高。智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术将各种家用设施（如照明、安防、家电等）通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。家居智能化已经成为住宅发展的必然趋势。在我国智能家居也在逐渐升温。
　　本文通过对目前主要的几种智能家居远程控制技术进行了分析，针对当前智能家居远程控制技术存在的不足，综合几种远程控制技术优点，提出了一种基于双网络的智能家居远程控制系统方案，并对智能家居远程控制系统网关进行了设计。针对智能家居网关需要实现的功能，提出了软硬件设计思想、协议转换模型;对网关的核心电路进行了详细设计，包括对LPC2294主控制电路，存储系统电路以及电源和复位电路的设计。按照总体设计方案的要求，又分别对LCD接口电路、键盘电路、CAN接口电路、以太网接口电路以及PSTN接口电路等其它外围接口电路进行了设计，完成整个系统硬件平台的搭建;阐述网关软件的总体框架;并对μC/OS-Ⅱ操作系统、LwIP协议栈进行了裁剪，完成其在LPC2294微处理器上的移植及任务设计;制定了CAN总线的编址方案;完成了家庭网关与PC机的通讯调试;最后，本文利用排队论对智能网关系统建立了数学模型，并进行分析、检验其性能，结果表明该网关能实现CAN与Internet、PSTN高效无缝的互连，且运行稳定可靠。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 智能家居概念

1．2 国内外智能家居研究现状

1．2．1 国外智能家居研究现状

1．2．2 国内智能家居研究现状

1．2．3 家庭网络技术

1．2．4 智能家居远程控制技术

1．3 选题意义

1．4 主要工作

第二章 智能家居远程控制系统网关技术分析

2．1 现场总线

2．1．1 CAN总线的特点

2．1．2 CAN通信协议

2．1．3 CAN工作原理

2．2 以太网技术

2．2．1 TCP／IP协议

2．2．2 以太网的工作原理

2．3 PSTN技术

2．3．1 DTMF信号

2．3．2 DTMF发送和接收原理

2．4 嵌入式系统

2．5 嵌入式操作系统

2．6 LwIP协议栈

2．6．1 LwIP协议栈模型

2．6．2 LwIP内存管理的实现

2．6．3 LwIP的通信

第三章 智能家居远程控制系统网关设计方案

3．1 网关硬件设计方案

3．2 网关软件设计方案

第四章 智能家居远程控制系统网关硬件电路设计

4．1 以太网接口电路

4．2 CAN接口电路

4．3 PSTN接口电路

4．3．1 振铃检测与自动摘机电路

4．3．2 DTMF收发电路

4．3．3 语音提示电路

4．4 键盘、LCD显示电路

4．4．1 LCD显示电路

4．4．2 键盘电路

4．5 存储器电路

4．6 红外信号接口电路

4．7 实时钟电路

4．8 电源、复位电路

4．9 JTAG接口电路

第五章 智能家居远程控制系统网关软件设计与调试

5．1 嵌入式操作系统的移植

5．1．1 与处理器无关的代码移植

5．1．2 与应用相关的代码

5．1．3 与处理器相关的代码

5．1．4 μC／OS-Ⅱ任务设计

5．2 系统启动代码的设计

5．3 TCP／IP协议栈的移植

5．3．1 与CPU或编译器相关的include文件

5．3．2 与操作系统相关部份

5．3．3 LwIP初始化任务的实现

5．4 CAN应用层协议

5．5 ENC28J60驱动程序

5．5．1 ENC28J60初始化

5．5．2 ENC28J60发送数据

5．5．3 ENC28J60接收数据

5．6 CAN总线驱动程序

5．6．1 CAN总线初始化

5．6．2 CAN总线发送数据

5．6．3 CAN总线接收数据

5．6．4 异常情况处理

5．7 CAN与TCP／IP协议的转换

5．8 PSTN接口软件实现

5．9 键盘、LCD显示模块软件实现

5．10 调试和测试结果

5．10．1 调试工具的介绍

5．10．2 实验测试

第六章 智能家居远程控制系统网关性能分析

6．1 排队系统概述

6．1．1 经典排队系统

6．1．2 排队系统的主要指标

6．2 智能家居远程控制系统网关性能分析

6．2．1 网关排队系统数学建模

6．2．2 网关性能分析

6．2．3 计算结果及其分析

第七章 结论

7．1 工作总结

7．2 研究展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间研究成果

附录B：智能家居远程控制系统网关硬件电路原理图

附录C：智能家居远程控制系统网关PCB