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基于S3C2410的智能家居数据采集系统设计

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net基于S3C2410的智能家居数据采集系统设计

周维龙1,2,吴桂清2

(1.湖南工业大学电气与信息工程学院　湖南株洲　412008;2.湖南大学电气与信息工程学院　湖南长沙　410082)

摘　要:提出一种智能家居数据采集系统的设计。以S3C2410处理器为核心搭建硬件平台,利用TCP/IP协议实现数据

传输以及数据共享,采用嵌入式操作系统Linux,缩短开发周期,系统可以很方便地对家居环境状态进行智能化管理和有效

监控,使居住更加方便、安全、舒适。

关键词:智能家居;数据采集;TCP/IP;Linux

中图分类号:TP274+12 文献标识码:B 文章编号:10042373X(2010)022038203

DesignofSmartHomeDataAcquisitionSystemBasedonS3C2410

ZHOUWeilong1,2,WUGuiqing2

(1.CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversityofTechnology,Zhuzhou,412008,China;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha,410082,China)

Abstract:Adesignofsmarthomedataacquisitionsystemisproposed.ThesystembuildsahardwareplatformonS3C2410

andaccomplishesdatatransmissionandsharingbymeansofTCP/IP.AdoptingembeddedoperatingsystemLinux,thedeve2

lopmentcycleisreduced.Thesystemisveryeasytomanagethehomestateintelligentlyandmonitortheenviromenteffextive2

ly,andmakethehabitationconvenience,surenessandcomfortable.

Keywords:smarthome;dataacquisition;TCP/IP;Linux

收稿日期:20092082170　引　言

智能家居是以住宅为平台,兼备建筑设备、网络通

信、信息家电和设备自动化,集系统、结构、服务、管理为

一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。它利

用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术,

将与家居生活有关的各种系统有机地结合在一起,通过

统筹管理,让家居生活更加舒适、安全。家庭自动化、家

庭网络、网络家电、信息家电等产品都属于智能家居系

统产品。

数据的采集、处理以及传输是实现智能小区控制作

用的核心。在此设计了利用嵌入式系统作为开发平台,

利用TCP/IP协议作为信息传输方式的业主基本信息

数据采集的方案。

由于Internet的发展和普及,采用TCP/IP协议简

单、方便、成本低,开放性好,标准化程度高。物业管理

中心一方面通过互联网获得最新的消息(天气预报、重

大新闻等),向外发布[1]。另一方面,利用采集各节点的

数据进行控制、决策和协调,并向外发布信息。1　数据采集系统设计

1.1　基本要求

各个业主将自己的基本信息(主要包括电度表、水

度表、气压表等的读数)、室内情况(主要包括温度、含天

燃气浓度等)通过信息采集、处理与分析,完成单个业主

的控制,并传输到物业管理中心,提供给物业管理人员

使用以及供广大业主参考。必须满足的基本要求如下:

能对业主家各类传感设备兼容,即能实现多路模拟

和数字信号的采集。采集的时间间隔在30s～2min。

具有业主控制功能,能实现数据传输、处理和控制。

当通信网络一旦出现故障,各节点能依据历史数据和当

前采集的信息,实现报警功能。

实时接收由管理中心发来的信息,并能做出相应的

显示,提醒业主自己当前的情况。通信接口丰富(具有

TCP/IP通信接口、RS232/USB接口等),内存空间较

大。数据采集系统的组成原理如图1所示。

图1　数据采集系统的组成原理图

83嵌入式技术周维龙等:基于S3C2410的智能家居数据采集系统设计

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net1.2　系统设计

1.2.1　节点的硬件组成

考虑到各业主间的完全独立的特殊性,前端设备采

用嵌入的设计方法,其硬件组成结构如图2所示。

图2　节点组成结构示意图

节点作为控制的一部分,要完成对各业主的控制功

能。控制的实现利用采集的各种数据和中心发布的协

调控制指令,通过节点处理后完成。所以,一个节点由

数据采集、传输、控制三个功能单元组成。这些功能的

实现通过嵌入式系统来完成。

按其功能要求其数据流有:一是从各个传感器采集

的数据,通过中间处理过程进行处理后,显示在业主面

前;二是从信息采集系统中取来的数据,通过中间处理

过程进行处理后,上传到物业管理中心,存储在数据库

中;三是管理中心发布系统协调控制的命令或处理的结

果在业主家显示。

1.2.2　数据的采集

物业管理数据的采集主要功能是将各业主的水表、

电表、媒气表等原始数据通过各类检测器送到节点进行

预处理。

常用传感器技术包括干簧管传感器、霍尔传感器、

红外线传感器、IC卡控制器和电子传感器等。本系统

采用电子传感器[1],在普通水表、气表的计数机构中对

应于刻度盘的下面安装电子传感器,使传感器与计数齿

轮同步转动,电子传感器得到的电子信息与机械读数完

全同步,形成一定的函数关系,经A/D转换后,分别得

到水表、媒气表读数的数字信息,电表的读数则可以采

用电子式智能电表得到[2]。通过RS232接口传送到微

处理器中。

摄像头数据通过USB接口与处理器通信。主要用

于业主外出(特别是在外出度假)时,开启摄像设备,可

以对客厅或其他重要地方进行监控。

1.2.3　数据的预处理

节点数据的预处理,其主要功能将各类检测器采集

的异样数据进行过滤,去掉非法、无效的数据,对故障数

据进行恢复,将有效、合法的数据按照标准进行格式化

处理,并将其封装、利用TCP/IP协议,通过通信网络发

送到测控中心指定的数据通道或数据库,提供给物业管

理中心。采集得到的数据经预处理后的实时检测交通数据效果更好,更符合实际情况的需要,并有效地节省

了计算机存储的工作量。

1.2.4　数据的显示、存储及传输

节点控制机将各种检测器采集的交通流信息用来

控制该节点的交通,同时又要经处理机进行预处理,

一方面利用LCD液晶显示,使各业主很方便知道自已

各种费用;另一方面,利用通信接口,通过TCP/IP协

议,保证采集到的数据安全性、可靠性、有效性传输到控

制中心,用于整个系统协调控制和管理。

2　系统实现

2.1　硬件结构

节点处理机要执行繁重的通信和算法处理,对处理

器的通信和运算速度有很高的要求,传统的单片机处理

器性能有限无法满足节点的要求。因此采用SAM2

SUNG公司的处理器S3C2410平台,它具有灵活的特

性和强大的性能,在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

该处理器内部集成了ARM公司ARM920T处理器核

的32位微控制器,资源丰富,带独立的16KB的指令

CACHE和16KB数据CACHE,LCD控制器、RAM

控制器、NAND闪存控制器、三路UART、四路DMA、

四路带PWM的Timer、并行I/O口、八路10位ADC、

TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、两个USB接口

控制器、两路SPI,主频最高可达203MHz。在处理器

丰富资源的基础上,还进行了相关的配置和扩展,平台

配置了16MB16位的FLASH和64MB32位的

SDRAM。通过以太网控制器芯片DM9161扩展了

一个网口,另外引出了一个HOSTUSB接口。硬件平

台如图3所示。主要包括数据采集、数据显示、数据存

储以及数据传输(网络控制)。这里主要介绍数据显示

和数据传输的实现。

图3　节点处理机硬件结构图

2.1.1　显示接口的实现

在该显示系统的硬件电路中,S3C2410与LCD模

块的连接是关键。S3C2410内部自带一个LCD驱动控

制器(STN&TFT),可以支持规格为每像素2位(4级

灰度)或每像素4位(16级灰度)的黑白LCD。也可以

93《现代电子技术》2010年第2期总第313期　󰃞计算机应用技术󰃜

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net支持每像素8位(256级颜色)的彩色LCD屏。通过编

程可以支持不同LCD屏的要求[3]。本系统除了显示用

户水、电、媒气的用量,还要显示时间和室

内摄像的图像。因此,选用夏普公司生产的图形点

阵256色STN液晶模块LM057QC1T01,它的分辨率

为320×240,由于它具有接口简单、工作稳定和便于操

作等特点,在嵌入式系统有比较广泛的应用。

LM057QC1T01要求其电源电压VDD为5V,并且LCD

数据和控制信号的高电平输入电压VIH在3.8～5.25V

范围内,低电平输入电压价则在0～1.5V范围内,故可

以直接与S3C44B0X0相连,而液晶显示所需的偏转电

压(27V)可由外电路接入到VEE(第7管脚),其电路图

如图4所示[4]。

图4　S3C2410与LM057QC1T01连接图

2.1.2　网络通信接口的实现

对于以太网接口,S3C2410内嵌了两个以太网控制

器,在全双工模式下支持IEEE802.3MAC控制层协议,

但未提供物理层接口,需外接一片物理层芯片以提供以

太网的接入通道。本系统中选用DM9161作为物理层芯

片,由于信号定义很明确,连接比较简单。信号的发送和

接收应通过网络隔离变压器和网络水晶接头RJ45接口

接入以太网。DM9161是高集成度、低功耗的100Base2

TX和10Base2T物理层收发芯片,只需要连接很少外围

元件就可以实现以太网数据的物理层收发,提供完全

IEEE802.3u中定义的100Base2TX所有的物理层功能。

使用非屏蔽双绞线(UTP5/UTP3)作为传输媒质,为

MAC层设备提供MII。MII是IEEE802.3u标准(Clause

22)中定义的接口规范。其目的是提供一个简单的、易于

实现的MAC子层和物理层的接口。MII接口使得不同

的传输媒质和物理层接口模块可以通过统一的接口与

MAC子层进行数据交互[5]。

2.2　系统软件

系统操作系统采用Linux操作系统[6],Linux内核

是一种源码开放的操作系统,采用模块化的设计。在此

只保留了必需的功能模块,删除了冗余的功能模块,并

对内核重新编译,从而使系统运行所需的硬件资源显著

减少。最重要的一点是,Linux自诞生之日起就与网络

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基于S3C2410的传感器网络数据采集系统

基于S3C2410的传感器网络数据采集系统

基于 S3C2410 的传感器网络数据采集系统

摘要：针对工业控制中数据采集的需求，设计开发了基于 S3C2410 的传感

器网络数据采集系统，给出了系统的整体设计方案、蛄构框图。整个系统硬件

体积小、运行稳定、维护和升级方便。实现了数据采集、传输、处理、量示及

控制功能。关键词：数据采集；嵌入式系统；ARM

O 引言 随着嵌入式系统与通信技术的不断发展，各种嵌入式设备正在以不

同形式改变着人们的日常生活，ARM 技术作为嵌入式系统的主流技术，它己

逐渐取代了单片机控制技术，使用 ARM 处理器对工业现场传感器传出的电流

电压信号以及一些热工参数进行数据采集已经成为主流。 本设计在基于嵌入

式 Linux 系统平台上。实现一个基于 ARM、Linux 平台的传感器网络系统，完

成数据的采集、处理、通讯、存储、查询和图形显示功能。

1 系统总体组成 本设计采用将数据采集节点作为客户端，将采集得来数据

通过 TCP／IP 协议传输到网关节点，由网关服务器存储数据，并转发。主控机

可以通过 CGI 查询任个客户端传感器数据，并对传感器进行控制。如图 l 所示。

1．1 节点的硬件组成 考虑到各采集节点的完全独立性，前端设备采用嵌入

式设计方法，其硬件组成结构如图 2 所示。

传感器节点作为客户端负责对数据采集，并通过模数转化将数据传输给网

关节点。网关节点接受到数据后存入数据库。通过 CGI 响应 PC 机上的查询、

控制。1．2 数据的预处理 节点数据的预处理，主要是检测采集的数据，对其

进行合法过滤。按照既定协议，为数据分配数据头、间隔符、校验码，重新封

装成数据流，采用 TCP／IP 协议，通过网络发送到主机。1．3 数据的存储及

传输 存储器系统负责系统的静态存储与动态存储。其中 flash 用于静态存储，

以S3C2410为核心的简易智能家居监控系统设计

以S3C2410为核心的简易智能家居监控系统设计

Vol.11No.3

Mar.2009第11卷第3期2009年3月2009.3以S3C2410为核心的简易智能

家居监控系统设计

刘咖，饶运涛

(东华理工大学，江西抚州344000)

摘要：介绍了一种家居简易智能监控系统的设计方法，该方法主要通过嵌入式Web服务器

技术，并在系统中融入简易的智能控制机制，然后通过分析其硬件和软件实现机制来最终实

现系统的总体设计。此外，文中还就CGI编程中的一些常见问题提出了解决办法。

关键词：简易家居；智能监控；web服务器；CGI；GPRS；javascript；S3C2410新特器件应用

３１

Electronic

Component&DeviceApplicationsVol.11No.3

Mar.2009第11卷第3期2009年3月2009.3

Electronic

Component&DeviceApplications３６

基于S3C2410开发板的数据采集扩展的设计与实现

基于S3C2410开发板的数据采集扩展的设计与实现

－3345－0引言ARM处理器因其卓越的性能和显著的优点，已成为高性能、低功耗、低成本嵌入式处理器的代名词，被当作嵌入式开发首选的处理器，而且绝大多数ARM处理器芯片内部都提供8路10位A/D转换功能模块[1]，特别适合于实现数据采集功能。WinCE嵌入式操作系统也因其与Windows操作系统结合紧密[2]而成为大多数熟悉Windows编程的工程师首选的嵌入式操作系统。然而，在实际应用中，直接在WinCE环境下使用ARM处理器自带的A/D转换功能模块还存在着一些局限性，具体分析如下：(1)对于很多应用单位而言，ARM技术还比较新颖，还不能自行设计出性能稳定的硬件平台，需要定购开发板成品来解决问题。这也成就了一大批ARM开发板制造商，如英倍特[3]、友善之臂、立宇泰、华恒科技等。而绝大多数开发板生产厂家都没有提供基于WinCE的A/D转换驱动程序，不能在WinCE中直接使用A/D转换功能[4]，必须自行开发相应的驱动程序。在不熟悉硬件环境的基础上是很难开发出A/D驱动程序的；(2)触摸屏需要占用2路A/D转换通道[1]，当系统需要使用触摸屏功能时，势必减少用于数据采集的A/D转换通道数量；(3)在ARM处理器内核，触摸屏与A/D转换使用相同的控制寄存器，在需要同时提供触摸屏功能和A/D转换功能时，不仅仅需要对ARM非常熟悉，还要对触摸屏的驱动程序做深入分析，很容易造成功能紊乱；(4)ARM处理器提供的A/D转换器大多只有10位，在某些应用场合不能满足精度要求；(5)不同处理器实现A/D转换的方式也不一样，有积分型、计数型、逐次逼近型等，其精度、响应时间等都不一定能满足应用要求。从以上的问题分析来看，直接使用ARM处理器自带的A/D转换功能模块在技术上和很多应用场合都形成了制约。1硬件框架总体设计三星公司生产的S3C2410芯片是国内流行比较广的基于ARM92T核的16/32位RISC嵌入式处理器，将流水线从ARM7TDMI的3级增加到5级，使用分开的指令与数据存储器的Harvard体系结构，片内提供8路10位ADC和触摸屏控制接口，广泛应用于各类控制领域。国内知名的开发板厂家都提供了基于S3C2410处理器芯片的开发板，这里就详细介绍一种基于该处理器的A/D扩展方法来实现数据采集功能。1.1开发板选择目前，市面上提供的ARM9系列开发板的基本配置都相收稿日期：2007-07-10E-mail：Chuanxie@作者简介：谢川(1971－)，男(土家族)，重庆人，硕士研究生，工程师，研究方向为嵌入式系统开发与应用。基于S3C2410开发板的数据采集扩展的设计与实现谢川(重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，重庆400067)摘要：针对ARM处理器芯片内部的A/D转换功能模块存在的缺陷以及ARM系列开发板厂商很少提供基于各种RTOS的A/D转换功能模块的驱动程序的现状，以S3C2410处理器和WinCE操作系统为例，并结合典型的A/D转换芯片，详细介绍一种A/D扩展方法实现数据采集功能，并从硬件电路、软件设计和实验结果来说明该方法的可行性。该方法能够有效地解决嵌入式系统的初级用户存在的困难，进一步拓宽嵌入式技术在各类控制中的应用范围。关键词：嵌入式系统;数据采集;实时操作系统;模数转换;开发板;微处理器中图法分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1000-7024(2008)13-3345-03DesignandimplementationofdatacollectionmodelbasedonS3C2410XIEChuan(CollegeofComputerScienceandInformationEngineering,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067,China)Abstract：FortheproblemofthelimitationofADCexistingonthemicroprocessorandmanufacturersdonotofferusersADCdriverbasedonWinCEfortheirdevelopmentboard,anADCextendedmeansbasedonS3C2410andWinCEandatypicalADCchipisdescribedtorealizedatacollection.Thefeasibilityfromhardwareandsoftwareandexperimentisanalyzedindetail.Itcaneliminatemanydiffi-cultiesexistingonprimaryusersofembeddedsystem,andenlargetheapplicationscopeofARMtechnology.Keywords：embeddedsystem;dataacquisition;RTOS;A/Dconversion;developmentboard;MPU2008年7月计算机工程与设计July2008第29卷第13期Vol.29No.13ComputerEngineeringandDesign－3346－差不大。不必特意为做数据采集而单独选择。下面提少许建议：(1)因为要引入WinCE操作系统，需制作对应开发板的BSP，外加自行开发的应用程序，所以要注意存储容量问题。SDRAM和Flash各64M已经能够满足绝大多数应用的要求；(2)对于实验使用，最好选择插卡式的NandFlash。而作为产品使用时，最好选择焊到开发板上的Flash芯片，这样能增强抗振性；(3)开发板上未使用到的S3C2410处理器的I/O资源能够通过扩展插口引出，方便与扩展的数据采集模块之间接口；(4)如果没有仿真器，开发板最好提供USB接口，利用同步(MSASYNC)能够为软件调试带来很多方便。1.2扩展电路设计MAX197是MAIXM公司的8通道12位的逐次比较型A/D转换芯片，因其高可靠性和多种应用方式而被广泛应用于各种工业控制中。针对S3C2410开发板扩展MAX197的硬件电路如图1所示(具体的A/D转换芯片可根据应用的需要另外选择)。S3C2410是高速处理器，MAX197是慢速器件，直接使用处理器的存储器接口来访问A/D转换芯片容易造成数据不稳，需要在两个器件之间增加接口转换电路来匹配两者之间的速率，尽管用CPLD器件很容易实现，但仍然增加了硬件电路的复杂度。

S3C2410A芯片及其应用(嵌入式大作业)

S3C2410A芯片及其应用(嵌入式大作业)

论文题目：S3C2410A芯片及其应用

姓名：

学号：

论文要求：针对某一个或一类嵌入式芯片，提出以其为核心的嵌入式系统完整开发方案。

论文结构要求: 1 相应控制器芯片介绍

2 硬件开发平台选择与介绍

3 软件开发平台选择与介绍

4 典型应用实例介绍

5 相关参考文献

摘要

随着计算机技术和通信技术的迅速发展以及Internet的不断扩展，嵌入式系统得到了越来越广泛的应用，成为当前IT产业的焦点之一，呈现出巨大的市场需求。但同时大量的嵌入式应用也对嵌入式设备的性能和功能提出了更高的要求。ARM(Advanced RISC Machines)公司的32位RISC处理器，以其高速度、低功耗、低成本、功能强、特有16/32位双指令集等诸多优异的性能，己成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案中的首选处理器。随着国内嵌入式应用领域的发展，ARM芯片也必然会获得广泛的重视和应用。在各种嵌入式操作系统中，Linux凭借其在结构清晰、源代码开放等方面的优势，成为了基于监控系统、手持设备等嵌入式系统领域应用中的技术热点。

本文基于ARM9芯片S3C2410A，详细介绍了其芯片功能和结构特点，提出了其硬件开发平台设计方案和软件开发平台设计方案。并结合智能家居数据采集系统设计实例，重点阐述了利用S3C2410A功能，完成数据采集、数据显示、数据存储以及数据传输（网络控制）的任务。

关键词：嵌入式系统；S3C2410A；开发平台；数据采集

1 S3C2410A芯片介绍

S3C2410A，是韩国Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，它是一颗主频高达203MHz，基于ARM920T内核的高性能微处理器，独立的16KB指令cache和16KB数据cache，MMU虚拟内存管理单元，使得程序运行以及数据存储更加高效，并可以支持， Linux和uCOS-II等多种业内主流的操作系统。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适合于低成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种叫做Advanced