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基于Cortex—M3与Android的智能家居控制系统设计【摘要】本文提出了一种基于Cortex-M3与Android的智能家居控制系统解决方案。
系统采用智能手机作为控制终端，设计基于Android的客户端应用程序。
智能家居内部网络采用ZigBee无线传感网络技术进行搭建，最终实现通过手机对家居内部设备进行远程实时监控的目的。
【关键词】智能家居Cortex-M3AndroidZigBee智能家居是在传统住宅的基础上，利用现代科学技术，诸如网络通信、安全防范、自动控制、音视频等技术将家居生活有关的各种家具设施集成，构成的高效、便利、舒适、节能环保的家具环境。
通过搭建ZigBee无线传感网络，采用改进的ZigBee路由算法，制定完善的通信協议，提高网络通信性能，最终实现手机对智能家居的远程和本地的实时监控。
一、系统总体设计本文所设计的智能家居控制系统主要包括嵌入式服务器，Android客户端和ZigBee节点。
移动控制终端和ZigBee节点通过嵌入式服务器进行通信实现信息交互。
二、系统硬件设计（一）设计原则嵌入式服务器在整个系统中起着至关重要的作用，其实现的主要原则应从下面几点出发：允许Android客户端远程登录到服务器，并能够保存登录用户的基本信息，实现多用户登录，为每个用户都能提供相应的服务；能够正确接收客户端发送的控制命令，并能够返回相应信息；能够与ZigBee协调器实现信息交互，完成命令传输和信息采集。
（二）服务器硬件设计根据需求，外围需扩展的功能模块主要包括与ZigBee协调器通信模块和与控制终端实现网络通信硬件模块。
其中与ZigBee协调器通信采用串口通信方式实现。
（1）网络通信接口。
网络通信接口是服务器与控制终端实现网络通信的桥梁。
STM32F107内部集成了一个以太网MAC，并有专用的DMA控制，实现内部数据的高速传输。
STM32F107还同时支持MII和RMII两种物理层接口，因此只需外界一片物理层收发器，即可实现以太网帧的发生和接收，实现网络通信。
基于Cortex-M3与A nd roid的智能家居控制系统设计易诚;俞子荣;陈黎娟
【期刊名称】《无线互联科技》
【年(卷),期】2014(000)012
【摘要】本文提出了一种基于Cortex-M3和Android的智能家居控制系统解决方案。
方案采用Contex-M3为内核的ARM处理器，通过移植μC/OS-II操作系统和LwIP协议栈搭建智能家居嵌入式服务器。
系统采用智能手机作为控制终端，设计基于Android的客户端应用程序。
智能家居内部网络采用ZigBee无线传感网络技术进行搭建，最终实现通过手机对家居内部设备进行远程实时监控的目的。
实验表明，该系统成本低廉，运行稳定，用户界面良好，能够满足一些家居对智能化的需求。
【总页数】4页(P9-11,16)
【作者】易诚;俞子荣;陈黎娟
【作者单位】南昌航空大学信息工程学院，江西南昌 330063;南昌航空大学信息工程学院，江西南昌 330063;南昌航空大学信息工程学院，江西南昌 330063【正文语种】中文
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图１ 系统硬件结构图（1）嵌入式终端控制部分作为整个系统的核心，以Cortex-M3内核的STM32F103Vet6为核心芯片，采用哈佛结构，独立指令总线数据总线，三级流水线加分支预测，内置嵌套向量中断控制器，高效Thumb2指令集，并支持3种低功耗模式，拥有极高的性价比。
（2）TFT_LCD控制：控制相关电器设备，实时显示各图２ ＴＦＴ－ＬＣＤ模块接口图（3）GSM/GPRS通讯：短信传输和访问Internet以及GPS定位的结合，获取信息，解码，与STM32之间进行数据交流（如图3所示），将远程控制电器设备和电器设备的状态等相关信息反馈到客户手机端。
GSM的SMS短信息的发送和接收模式主要有以下两种模式。
Text Mode是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。
PDU Mode所有手机都支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。
Text Mode比较作者简介：苏康友（1988-），男，广东广州人，硕士，助教。
研究方向：电子信息。
图３ ＳＩＭ模块与ＳＴＭ３２接口图（4）电器设备控制部分：通过stm32所处理的信号，控制继电器，实现控制电器的开关。
２ 通信系统设计GSM的SMS短信息的发送和接收模式共有三种：模式和AT命令的Text模式\PDU模式。
Block模式由于需要厂家提供驱动支持而且Text模式不能收发中文短信PDU 因此，采用PDU模式更加适合市场需要。
控制器通过UART 向GSM模块下发AT命令，直接读取收到的PDU式的短信息，进行准确解码，同时也通过GPRS准确访问Google的网页，获得准确的经纬度等地理位置信息，反馈到通讯端，实现远程监控（如图4所示）。
图４ 通信系统结构图图５ 软件流程图４ 结 语本文根据未来智能化的发展方向，结合当今的GSM、GPRS通讯系统，以STM32为控制核心，采用手机与LCD 界面控制方式，通过2G\3G移动通信网、GPRS定位系统，实现了随时随地远程监测和控制系统，具有很大的市场价值和应用意义。
基于Cortex-M3的便携式环境监测仪设计与实现
王成超;李锋;张腾飞
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2018(025)001
【摘要】现有农业环境监测仪基本是固定位置安装,具有体积大、成本高、移动不便等缺陷.本文设计了一种基于Cortex-M3的便携式农业环境监测仪,包括电源模块、Zigbee模块、板载传感器、MCU控制模块、显示触摸模块等.通过多种板载传感器获得稳定、准确的环境信息,利用Zigbee模块的组网特性将各个分布式传感节点的数据汇集.一方面可以将数据实时上传至上位机;另一方面可实现信息数据的批量存储等.另外,为了进行相关数据的分析,通过开发的上位机软件可以灵活查询信息的历史记录,为农业环境的实地调查统计及实时监测提供了便利.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】王成超;李锋;张腾飞
【作者单位】南京邮电大学自动化学院,南京 210023;中国船舶科学研究中心,南京214082;南京邮电大学自动化学院,南京 210023
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
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基于ARM Cortex-M3光照强度监测系统设计
周金芝;杨明
【期刊名称】《安庆师范大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2018(24()03)
【摘要】以ARMCortex-M3作为控制核心,采用BH1750FVI作为光强度传感器,通过2.4寸TFT液晶显示器进行信息显示,设计实现了光照强度监测系统。
系统主要由单片机模块、光照强度采集模块、报警模块、语音播报模块和液晶显示模块组成。
测试结果表明:系统稳定、可靠、性能高,能够实现0~65535lx范围内光照强度的准确监测,适用于温室大棚、家禽场等环境下光强的实时监测。
【总页数】4页(P69-71)
【作者】周金芝;杨明
【作者单位】[1]亳州学院电子与信息工程系,安徽亳州236800;;[1]亳州学院电子与信息工程系,安徽亳州236800
【正文语种】中文
【中图分类】S126
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摘要：本设计是建立在蓝牙通信下通过ARM Cortex M3内核的微处理器STM32F103VET6与TFT 彩色液晶触摸屏来设计一种触摸屏遥控器。
该遥控器通过触摸上位机TFT 彩色液晶触摸屏上显示的各个控件来触发各种控制信号；无线蓝牙模块发送各种控制信号。
关键词：TFT 彩色液晶触摸屏；ARM Cortex M3；无线遥控；蓝牙中图分类号：TP872文献标志码：B 文章编号：1008－3421（2012）05－0012－06《福建师大福清分校学报》ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＦＵＱＩＮＧＢＲＡＮＣＨＯＦＦＵＪＩＡＮＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ2012年第5期总第113期Sum No.113基于ARM Cortex M3内核TFT 触摸屏无线遥控设计李金赐１，梁九兴２（1.福建师范大学福清分校电子与信息工程系，福建福清350300；2.中山大学工学院，广东广州510275）收稿日期：2012-06-12作者简介：李金赐（1967-），男，福建莆田人，副教授。
梁九兴（1988-），男，福建龙岩人，硕士研究生。
0引言TFT 彩色液晶触摸屏凭借其较高的分辨率，丰富友好的图形界面等优点正日益进入人们的视野并走进人们的日常生活。
譬如：彩色液晶触摸屏手机、平板电脑、电子仪器仪表上的液晶屏等等。
ARM 作为嵌入式家族的先锋，以其丰富的硬件资源、可裁剪的软件资源、强大的性能和相对较低的价格受到电子工程师们的青睐。
电子工程师们将嵌入式ARM 的优势与各种应用场合相结合，广泛运用于消费类电子、军事工业电子、工农业自动控制、医疗仪器电子设备等各种场合。
蓝牙在短距离无线数据传输凭借其较低廉的成本、高可靠、高速度、较高稳定的性能广泛应用在工业控制、短距离无线数据传输、无线遥控控制等场合。
笔记本电脑、手机、汽车等PDA 上都可寻觅到蓝牙的踪影。
本设计就是将TFT 彩色液晶触摸屏技术、嵌入式技术和蓝牙无线数据传输技术这三大技术融合设计而成，实现遥控器上的TFT 彩色液晶触摸屏对受控部分小车的控制，其中上位机遥控器的设计是主体，故本文也着重介绍上位机的设计。
基于Cortex-M3的TFT触摸屏在环境监控系统中的应用0引言触摸屏是一种新型的电子输入设备，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
将ARMCortex-M3内核和TFT触摸屏结合在一起，以环境监控系统为应用，对ARM公司的Cortex-M3内核进行了分析，并研究了Cortex-M3内核驱动TFT液晶屏幕的可行性。
1系统工作原理无线环境监控系统总体的设计框图如图1所示。
以基于第二代Cortex-M3内核的LPC1758为核心，以TFT触摸屏为显0 引言触摸屏是一种新型的电子输入设备，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
将ARM Cortex-M3内核和TFT触摸屏结合在一起，以环境监控系统为应用，对ARM公司的Cortex-M3内核进行了分析，并研究了Cortex-M3内核驱动TFT液晶屏幕的可行性。
1 系统工作原理无线环境监控系统总体的设计框图如图1所示。
以基于第二代Cortex-M3内核的LPC1758为核心，以TFT触摸屏为显示和控制单元，以2．4 GHz无线模块为通信单元，合理移植μCOS-II系统，对环境参数进行监测和控制。
2 硬件电路设计与实现2．1电源方案硬件电路降压稳压电路采用降压稳压芯片SPXlll7-3．3 V。
电路在启动过程中会产生较大的冲击电流，会对其他电路造成电磁干扰，系统在电源中增加容值较大的电解电容以满足系统中各项要求。
降压稳压电路如图2所示。
硬件电路升压稳压电路是为TFT液晶屏提供直流12V电压驱动而设计的。
该电路选用PT4102芯片，PT4102是一款由单节锂电池(持续电流)来驱动至多个串联LED的升压转换器，采用固定频率电流模式来调节LED电流，并通过一个外部电流监测电阻来测量此电流，95 mV的低反馈电压可降低功耗和提高效率，PT4102还含有电流限制以避免在输出过载时对器件造成损害。
基于Cortex -M3的TFT 触摸屏在环境监控系统中的应用邓明华,罗培东,钟佳明(中南民族大学工商学院,湖北武汉 430065)摘 要:随着多媒体信息查询的与日俱增,人们越来越多地谈到触摸屏,因为触摸屏不仅适用于多媒体信息查询,而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。
传统8位、16位单片机的主频比较低,很难直接驱动T FT 触摸屏。
A RM 32位的Cor tex -M 3CPU 的主频较高,可直接驱动T F T 显示屏。
将Co rtex -M 3内核和T FT 触摸屏应用到无线环境监控系统中,并对其进行了分析研究,验证了第二代Co rtex -M 3内核M CU 驱动T FT 触摸屏的可能性。
关键词:T FT ;触摸屏;Cor tex -M 3;L CO S -Ò中图分类号:T P274 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)13-0198-03Application of TFT Touch -screen Display Based on Cortex -M3in Environmental Monitoring SystemDENG M ing -hua,L U O Pe-i dong,ZH ON G Jia -m ing(Engineering and Co mm erce Colleg e,So ut h -Central U niv ersity fo r Nat i o nalit i es,Wuhan 430065,Chi na)Abstract :With t he increase of multimedia infor mation quer y,people are talking about the touch scr een mo re and mor e,because it applies no t only to the to uch -screen mult imedia info rmation quer y,but t he touch screen is sturdy,durable and easy to ex change,and has the advantages of hig h -speed reaction and space -sav ing.T he main frequency of tr aditional 8b and 16b sing le chip computers is too low to drive T FT to uch -scr een display directly.Since the main fr equency of Cor tex -M 3CP U w ith AR M 32b is higher,T FT to uch screen can be dr ived dir ectly.And the highest f requency o f M CU is to 100M.In this paper ,Co rtex -M 3and T FT touch -scr een display is analyzed and studied in co mbination w ith practical examples o f w ir eless env iro n -mental mo nitor ing sy stems.Keywords :T F T ;to uch screen;Cor tex -M 3;L COS -Ò收稿日期:2010-02-040 引 言触摸屏是一种新型的电子输入设备,是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式,它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
将ARM Cortex -M3内核和T FT 触摸屏结合在一起,以环境监控系统为应用,对ARM 公司的Cortex -M 3内核进行了分析,并研究了Cor tex -M 3内核驱动T FT 液晶屏幕的可行性。
1 系统工作原理无线环境监控系统总体的设计框图如图1所示。
以基于第二代Cortex -M 3内核的LPC1758为核心,以TFT 触摸屏为显示和控制单元,以214GH z 无线模块为通信单元,合理移植L COS -Ò系统,对环境参数进行监测和控制。
图1 总体功能框图2 硬件电路设计与实现2.1 电源方案硬件电路降压稳压电路采用降压稳压芯片SPX1117-3.3V 。
电路在启动过程中会产生较大的冲击电流,会对其他电路造成电磁干扰,系统在电源中增加容值较大的电解电容以满足系统中各项要求。
降压稳压电路如图2所示。
硬件电路升压稳压电路是为TFT 液晶屏提供直流12V 电压驱动而设计的。
该电路选用PT4102芯片,PT 4102是一款由单节锂电池(持续电流)来驱动至198电子技术邓明华等:基于Cortex -M3的T FT 触摸屏在环境监控系统中的应用多个串联LED 的升压转换器,采用固定频率电流模式来调节LED 电流,并通过一个外部电流监测电阻来测量此电流,95mV 的低反馈电压可降低功耗和提高效率,PT4102还含有电流限制以避免在输出过载时对器件造成损害。
升压稳压电路如图3所示。
图2降压稳压电路图3 升压稳压电路2.2 MCU 方案基于Cortex -M3的MCU 选用的是荷兰Philips 公司LPC1000系列的LPC1758。
运行频率高达100MH z,支持8个区域的存储器保护单元(M PU),高达512KB 片内FLASH 程序存储器[1]。
增强型的FLASH 存储器加速器使能高速的100MH z 操作,而无需等待状态(w ith zero w ait states)[2]。
互连的多层AH B 矩阵为每个AH B 主机提供独立的总线。
这种互连所提供的通信不会有仲裁延时分开的APB 总线允许高吞吐量,几乎不会在CPU 和DMA 之间出现中止[3]。
系统采用12MH z 的无源晶振,为了保证晶振的谐振频率和输出幅度,在晶振的两个引脚上加入了两个22pF 的负载电容。
在不影响电路正常工作的情况下,为了简化电路设计,没有将数字电路和模拟电路区分开来,VDDA 与VDD 直接相连、GNDA 与GND 直接相连。
但是为了追求更优秀的模拟性能(ADC 和模拟比较器模块),可以另外安排一路313V 电源,连接到VDDA 和GN DA,使其与VDD 和GND 分开[4]。
LPC1758部分电路图如图4所示。
系统采用如图5所示的RC 复位电路。
复位电路中的二极管是为了解决电源毛刺和电源缓慢下降等问题,而104电容可避免高频谐波对电路的干扰。
2.3 TFT 触摸屏方案TFT 液晶显示方案包括触摸控制和液晶显示两个部分。
为了保证显示的速度要求和系统的稳定性,触摸屏控制器选用的是T I 公司的TSC2046,该控制器为SPI 接口,具有触摸中断功能,性价比很高。
而液晶屏选用的是SPFD5408A,该屏幕为3.5英寸,具有高速8,9,16,18位并行接口。
可以显示16位和18位的RGB色彩。
图4 L PC1758部分原理图图5 系统复位电路触摸屏控制电路主要是TSC2046的外围电路。
M ISO,MOSI 是T SC2046与M CU 之间的信号线。
SCK 是时钟线。
X+/-,Y +/-是触摸屏的信号,INT 中触摸中断信号。
VCC 和VCC1是电路的供电信号。
在输入引脚为了保证电源的波形稳定性,避免高频谐波对T SC2046的干扰,加入了1个011L F 的滤波电容。
触摸屏控制电路如图6所示。
图6 触摸屏控制器电路TFT 液晶显示电路包括模式选择,16位接口,触摸屏接口三个部分。
SPFD5408A 接口模式有7种模1995现代电子技术62010年第13期总第324期þ电子技术应用ü式,本设计中用的是16位并行接口模式。
X+/-,Y+/-是四线电阻式触摸屏的输出线[5]。
3 软件设计与实现为了提高系统的性能和满足多任务处理的要求,系统中合理地移植了L COS -Ò操作系统。
L COS -Ò可以简单地看作是一个多任务的调度器,在这个任务调度器之上完善并添加了很多任务操作系统相关的一些系统服务[6]。
L COS -Ò90%的代码用C 语言编写,具有可移植性。
移植工作的绝大部分都集中在多任务切换的实现上,因为这部分代码主要是用来保存和恢复处理器现场(即相关寄存器),因此不能用C 语言,只能使用特定的处理器汇编语言完成[7]。
为了使适时内核L COS -Ò能在Cor tex -M 3处理器上运行,同时为了保证代码不依赖于编译器和良好的扩展性。
采用了不依赖于编译器的数据类型,使用软中断SWI 作为底层接口。
移植L COS -Ò到Cortex -M3内核需要3个文件:C 语言头文件(OS _CPU.H ),C 程序源文件(OS _CPU _C.C ),汇编程序源文件(OS _CPU _A.ASM)。
除此之外,还有一个文件定义的汇编宏也是移植的重点,它是L COS -Ò为Cortex -M3通用的中断服务程序的汇编和C函数的接口代码。
图7 L C/OS -Ò的硬件和软件体系结构OS_CPU.H 中包含两部分的代码,数据类型定义代码和与处理器相关的代码。
其中数据类型重定义代码是用C 语言中sho rt,int,lo ng 等,数据类型是与特定的处理器相关的,因此在L COS -Ò重新定义为移植性很强的定义方式。
在OS_CPU.H 剩下的部分是移植必须定义底层函数的声明。
在LPC1758的移植中为了使底层接口函数与处理器的状态无关,同时使任务调用相应的函数不需要知道函数的位置。
在本移植中使用软中断指令SWI 作为底层接口,使用不同的功能号来区分各函数。
调用这些底层函数,只需要使用一条SWI 指令并跟上一个功能号来区别你要调用那个函数即可。
任务切换函数为OS_TASK_SW(vo id),并使用软中断0x 00。
CPU_C.C 中主要是软中断的实现和底层函数的实现及初始化任务堆栈函数的实现[8],其伪代码如下:/*任务堆栈初始化函数*/OS_T K *OST askStkInit(v oid(*task)(vo id*pd),vo id pla -ta,O S_ST K pt os,IN T 16U o pt){定义任务堆栈;使用满栈递减方式初始化任务堆栈结构; 返回堆栈结构;}/*软中断实现*/V oid SWI_Exception(int SW I_N,int *Reg s){根据不同的N um 值跳转到不同的底层服务函数地址如:case 0x00:任务切换函数O S -T A SK -SW }处理器能支持一定数量的数据存储硬件堆栈;用C 语言可以开中断/关中断,根据不同的Num 值跳转到不同的底层服务函数地址。
