dsp課程設(shè)計(jì)--家庭遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　家庭遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　0 開(kāi)發(fā)目的</b></p><p>　　(1) 學(xué)習(xí)溫濕度傳感器、直流有刷電機(jī)、RS485通信應(yīng)用、WIFI模塊的通信實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　(2) 學(xué)習(xí)多模塊協(xié)調(diào)工作的編程思想；(3) 熟悉掌握TMS320F28027硬件電路及工作原理。</p>

2、<p><b>　　1 背景和意義</b></p><p>　　隨著Internet 技術(shù)的發(fā)展，家用電器、計(jì)算機(jī)和通訊一體化技術(shù)也逐步走進(jìn)普通家庭?，F(xiàn)代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特點(diǎn)，將成為現(xiàn)代社會(huì)和家庭的新時(shí)尚。當(dāng)家庭智能網(wǎng)關(guān)將家庭中各種各樣的家電通過(guò)家庭總線技術(shù)連接在一起時(shí)，就構(gòu)成了功能強(qiáng)大、高度智能化的現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)。當(dāng)下智能家居行業(yè)剛剛起步，建設(shè)成本

3、高，發(fā)展不完善。因此本文提出了使用低成本器件和多源控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控?；谌菀讓?shí)現(xiàn)，方便操作，貼近使用的設(shè)計(jì)理念，以DSPF28027單片機(jī)為控制核心，采用包括上位機(jī)、手機(jī)應(yīng)用程序、Web界面等在內(nèi)的多個(gè)控制源，進(jìn)行遠(yuǎn)距離、多角度的家庭實(shí)時(shí)控制。TMS320F28027是TI公司推出的一款32位定點(diǎn)型DSP，可應(yīng)用于一些高分辨率、高效率的場(chǎng)合。它內(nèi)部嵌入了2kB OTP ROM、256kB FLASH和100kB RAM，

4、使用簡(jiǎn)單方便，成本平易，性價(jià)比高。TMS320F28027采用3.3V單電源供電，內(nèi)部集成1.8V的LDO內(nèi)核供電，模擬集成度高，性能穩(wěn)定；采用上電復(fù)位電路外接阻容即可工作；內(nèi)部集成1%精度的振蕩器，不需外接晶振，節(jié)省成本；工作主頻達(dá)60M</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以DSPF28027芯片為控制核心，以溫度、濕度等傳

5、感器為環(huán)境信息采集源，以Web控制為輔助，共同組成家庭遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，采用PC上位機(jī)、Web網(wǎng)頁(yè)和手機(jī)APP，來(lái)控制家庭開(kāi)關(guān)設(shè)備（如風(fēng)機(jī)，加濕器，空調(diào)，電燈等），實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對(duì)家庭進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。傳感器包括溫濕度傳感器等，采用多種傳感器相結(jié)合，智能根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)化控制，例如，根據(jù)家庭溫、濕度設(shè)定值自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉空調(diào)。</p><p><b>　　圖1

6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 LED電路</p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖2所示，驅(qū)動(dòng)模塊為DRV8833，采用PWM調(diào)節(jié)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)LED使得驅(qū)動(dòng)電路更簡(jiǎn)單，降低了制造成本，并可以獲得較精確的亮度步進(jìn)調(diào)節(jié)。</p><p&g

7、t;　　圖2 LED電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2 直流有刷電機(jī)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 Motor模塊</p><p>　　本模塊主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片DRV8833 組成，借助正確的PCB組成，借助正確的組成，借助正確的PCB設(shè)計(jì)，DRV8833 的每個(gè) H橋能夠連續(xù)提供高達(dá) 1.5 -A RMS（或 DC ） 的驅(qū)動(dòng)電流（在 25

8、℃ 和 采用一個(gè) 5V VM 電源時(shí)）。每個(gè) H 橋可支持高達(dá)2A 的峰值電流。器件具有兩個(gè)H 橋驅(qū)動(dòng)器，并能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流(DC) 電刷電機(jī)、一個(gè)雙極性步進(jìn)電機(jī)、螺線管或其他電感性負(fù)載。</p><p>　　圖3 DRV8833應(yīng)用電路</p><p>　　3.2.2 PWM模塊</p><p>　　28027ePWM模塊有 8路 PWM輸出，4路HRPWM。每

9、個(gè)增強(qiáng)型 PWM模塊主要有一下特點(diǎn)：</p><p>　　·16 位的用來(lái)控制周期和頻率時(shí)基計(jì)數(shù)器</p><p>　　·兩路 PWM輸出 (EPWMxA and EPWMxB)</p><p><b>　　·可編程的相位控制</b></p><p>　　·基于CBC的硬件鎖相&l

10、t;/p><p>　　·獨(dú)立的上升沿下降延時(shí)死區(qū)</p><p><b>　　·可編程的觸發(fā)區(qū)</b></p><p>　　圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.3 485模塊總線通訊應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，在實(shí)現(xiàn)485物理通訊的條件下，應(yīng)用MODBUS協(xié)議部分功能進(jìn)行通訊。</p>&

11、lt;p>　　圖5 RS485芯片接線圖</p><p>　　本程序在RS485 總線的物理通訊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的MODBUS 協(xié)議。對(duì)主</p><p>　　機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀，并實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。通過(guò)對(duì)SCI 的初始化，并通過(guò)</p><p>　　MODBUS部分功能的通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行訊，實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)功能。</p><p>　　3

12、.4 溫濕度模塊DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳</p><p>　　感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高</p><p>　　的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)</p><p>　　溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快<

13、/p><p>　　響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的</p><p>　　濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)</p><p>　　部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集</p><p>　　成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可

14、達(dá)20米以上，使</p><p>　　其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。</p><p>　　圖6 典型應(yīng)用電路圖</p><p>　　3.5 485組網(wǎng)及通信</p><p>　　RS-485多機(jī)通信的組網(wǎng)方式：總線式、菊花鏈?zhǔn)?、星形、單環(huán)冗余型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的串口設(shè)備的位置分布或者可靠性要求選擇總線式結(jié)構(gòu)。</p>

15、<p>　　本設(shè)計(jì)中采用典型的RS-485總線式通信方式：所有RS-485節(jié)點(diǎn)全部掛在一對(duì)RS-485總線上。結(jié)構(gòu)圖如下;</p><p>　　圖7 RS-485組網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本程序在RS485 總線的物理通訊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的MODBUS 協(xié)議。對(duì)主</p><p>　　機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀，并實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。通過(guò)對(duì)SCI

16、的初始化，并通過(guò)</p><p>　　MODBUS部分功能的通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行訊，實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。</p><p>　　該模式下從機(jī)DSP為對(duì)等結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要DSP之間可以相互通信，該模式下我們實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)及微信控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，LED亮度，風(fēng)扇的控制，以及溫濕度的顯示；</p><p>　　3.6 WIFI模式組網(wǎng)</p><p>　　WIFI模塊

17、采用樂(lè)鑫科技ESP8266，該模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　ESP8266模塊擁有3中模式：AP，STA，AP/STA;本設(shè)計(jì)中采用第三種AP/STA模式；Wifi功能AT指令一覽表，如表1；</p><p><b&g

18、t;　　表1</b></p><p><b>　　啟動(dòng)步驟：</b></p><p>　　首先設(shè)置WIFI應(yīng)用模式：AT+CWMODE=3，AP兼Station模式；</p><p>　　讓模塊連上實(shí)驗(yàn)室的路由器 ； 發(fā)送：AT+CWJAP="Lab303_2","lWSNWNN" <

19、;/p><p>　　讓模塊連上遠(yuǎn)程服務(wù)器: 發(fā)送：AT+CIPSTART="TCP","192.168.3.245",5000成功連接后服務(wù)器可以直接返回?cái)?shù)據(jù)結(jié)果如下</p><p>　　通過(guò)遠(yuǎn)程終端發(fā)送相應(yīng)指令，DSP接收到對(duì)應(yīng)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)/電腦終端通過(guò)WIFI控制LED，電機(jī)的調(diào)速，及風(fēng)扇的控制。</p>

20、;<p>　　4 上位機(jī)及微信平臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 微信控制原理</p><p>　　圖8 微信控制原理結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　關(guān)注訂閱號(hào)，發(fā)送指定指令，即可控制DSP</p><p>　　4.2 微信控制簡(jiǎn)單指令說(shuō)明</p><p><b>　　表2</b>&l

21、t;/p><p>　　4.3 PC上位機(jī)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.3.1登錄界面</b></p><p><b>　　圖9 用戶登陸界面</b></p><p><b>　　4.3.2監(jiān)控界面</b></p><p>　　圖10 PC機(jī)監(jiān)視及

22、控制界面</p><p>　　4.4 網(wǎng)站服務(wù)器設(shè)計(jì)</p><p>　　網(wǎng)址http://www.cpt725.xyz/，該服務(wù)器負(fù)責(zé)微信端，手機(jī)端的數(shù)據(jù)信息；</p><p>　　圖11 網(wǎng)站服務(wù)器登錄及注冊(cè)界面</p><p>　　4.5 手機(jī)終端設(shè)計(jì)</p><p>　　手機(jī)端包括用戶登錄、注冊(cè)、控制及顯

23、示。</p><p>　　圖12 手機(jī)登陸界面</p><p>　　圖13 手機(jī)控制及顯示界面</p><p><b>　　5系統(tǒng)軟硬件測(cè)試</b></p><p>　?。?）485組網(wǎng)模式下實(shí)物及測(cè)試結(jié)果：</p><p><b>　　圖14 實(shí)物接線圖</b></

24、p><p>　　指令與對(duì)應(yīng)功能（以0號(hào)DSP為例說(shuō)明）詳見(jiàn)下表3；指令說(shuō)明：發(fā)送指令為兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為DSP地址編號(hào)，第二個(gè)字節(jié)功能指令；</p><p>　　返回指令為五個(gè)字節(jié)，依次為，返回標(biāo)志符、DSP編號(hào)、濕度，溫度。</p><p><b>　　表3</b></p><p>　　圖15 串口終端控制界面<

25、;/p><p>　?。?）WIFI組網(wǎng)模式下測(cè)試結(jié)果：</p><p>　　本模塊設(shè)計(jì)以PC機(jī)、手機(jī)及移動(dòng)設(shè)備終端為服務(wù)器終端，WIFI模塊為移動(dòng)終端，當(dāng)服務(wù)器端啟動(dòng)之后，通過(guò)串口發(fā)送指令使WiFi模塊連接終端，連接成功后，通過(guò)手機(jī)終端可以發(fā)送指令控制DSP；實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程控制的目的。</p><p>　　圖16 安卓客戶端控制界面</p><p>

26、;<b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　個(gè)人感覺(jué)，目前的上課方式比較好，課堂氣氛活躍，平時(shí)同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性也加強(qiáng)了，有緊迫感，能主動(dòng)地去學(xué)東西。</p><p>　　本設(shè)計(jì)不足之處是WIFI模塊使用還不熟悉，不能修改模塊固件代碼，以實(shí)現(xiàn)模塊自動(dòng)連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，還有目前手機(jī)客戶端軟件不能靈活應(yīng)用，使用的是廠家自帶軟件；接下來(lái)我們將繼續(xù)完善終端軟件的

27、設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)我們熟悉了TMS320F28027微控器的工作原理及其硬件電路以及對(duì)各種功能組件有了一定的了解。同時(shí)也熟悉了DSP的基本編程方法。為以后自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)一些小作品打下了良好的基礎(chǔ)。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，也時(shí)常會(huì)遇到一些棘手的人困難，但是通過(guò)自己查閱書(shū)籍、向同學(xué)請(qǐng)請(qǐng)教討論，攻克了一個(gè)個(gè)的難題，最終完成了本次課程設(shè)計(jì)。在過(guò)程中，我們執(zhí)行的是需要什么就去學(xué)什么的理念，使學(xué)習(xí)變得有針