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ZigBee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ZigBee2007 Pro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协同设计方法实现基于FPGA的UART控制器与基于ARM Cortex-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。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 智能家居控制系统的现状

1.3 软硬件协同设计的优势

1.4 本文的主要工作和章节安排

第二章 智能家居控制系统总体设计方案

2.1 系统功能需求与整体结构设计

2.2 系统软硬件的划分

第三章 智能家居控制系统节点设计

3.1 控制系统节点组成

3.2 节点的硬件实现

3.3 控制系统节点软件设计

3.4 节点控制命令设计

3.5 Zstack协议栈移植

第四章 基于Zynq的软硬件协同设计

4.1 基于Zynq的软硬件协同设计步骤

4.2 uartlite IP核设计与测试

第五章 Android系统移植及应用软件设计

5.1 Android系统定制及设计

5.2 Android系统设备树文件

5.3 FPGA部分uartlite IP核驱动程序设计

5.4 Web服务器的构建

5.5 嵌入式网络摄像机的移植与搭建

5.6 用户监测中心设计

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文