2  硬體設計

本課題的硬體設計包括主控制器、資料傳輸設計、資料採集設計、控制驅動設計、顯示設計，門禁設計。

根據方案三選擇S3C6410主控晶片，S3C6410是由Samsung公司推出的一款低功耗、高性價比的RSIC處理器 ，基於ARM11核心，內建強大的硬體加速，顯示處理和縮放，運動視訊處理，音訊處理^[9]。這個作為智慧家居的處理器是不二之選，硬體效能上完全可以實現。本設計選用的基於S3C6410的OK6410開發板。開發板上擁有如下特徵^[10]：

（1）  12MHz、48MHz、27MHz、32.768KHz時鐘源，支援5V電壓供電；

（2）  採用8位撥碼開關設定系統啟動方式；

（3）  共4個串列埠，包括1個五線RS 232電平串列埠（DB9母座）；

（4）  觸控板介面支援4線電阻式觸控板；LCD介面支援4.3寸TFT LCD，利用觸控式螢幕實現人機互動；

（5）  1個CMOS攝像頭介面，支援ITU-RBT601/656 8位模式，使用10*2插針聯結器；

（6）  1個100M網口，採用DM9000AE，帶連線和傳輸指示燈。

本次課題OK6410開發板的RS232電平串列埠與PC機相連；3個三線TTL電平串列埠（20pin2.0mm間距插頭座）與ZigBee協調器相連；網口與PC相連進行網路通訊；10*2插針聯結器與CMOS攝像頭相連。

OK6410開發板實物圖如圖2-1所示：

本課題的資料傳輸分為PC機和主控制板之間的資料傳輸，它們之間使用網路雙絞線和串列埠線進行連線；主控制板與無線網路感測器之間的通訊，使用TTL電平轉串列埠；無線網路感測器與無線網路感測器之間的通訊，使用Zigbee協議棧；以及攝像頭與主控制器通過10*2插針聯結器直接進行通訊。具體的設計框圖如圖2-2所示：

圖2-2  資料傳輸設計框圖

資料採集包含有溫溼度的採集、光照度的採集、視訊資料的採集。

溫度感測器採用的是含有已校準數字訊號輸出的DHT11溫溼度感測器。其電路原理圖如圖2-3所示：

圖2-3  DHT11溫溼度感測器的電路原理圖

光照度採集感測器採用的是採用靈敏型光敏電阻感測器，模組在環境光線亮度達不到設定閾值時，DO 端輸出高電平，當外界環境光線亮度超過設定閾值時，DO 端輸出低電平。電路原理圖如圖2-4所示：

圖2-4  光照度感測器電路原理圖

本課題COMS攝像頭採用的硬體是OV9650作為影象採集感測器。OV9650與S3C6410的介面原理圖如圖2-5所示：

圖2-5  OV9650與S3C6410的介面原理圖

本課題採用的是網蜂的Zigbee模組進行無線傳輸。

網蜂Zigbee的特點如下^[11]：

（1）  高效能、低功耗的8051微控制器核心；

（2）  適應2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收發器；

（3）  電源電壓範圍寬（2.0～3.6V）；

（4）  看門狗、電池監視器和溫度感測器；

（5）  具有8路輸入8～14位ADC；

（6）  2個支援多種序列通訊協議的USART，1個紅外發生電路；

（7）  1個通用的 16 位和2個8位定時器；

（8）  21個通用I/O引腳，2個具有20mA的電流吸收或電流供給能力；

（9）  小尺寸QLP-40封裝，6mm×6mm。

電路原理圖如圖2-6所示：

圖2-6  zigbeeCC2530電路原理圖

Zigbee的P0_2、P0_3分別與OK6410開發板上的RXD1和TXD1連線實現資料的傳輸；Zigbee的P0_6與DHT11的資料埠相連線，實現溫溼度資料的傳輸；P1_4、P1_3、P1_2、P1_1分別接到UL2003A晶片驅動電燈；可調的光敏感測器的資料埠接P1_5埠；P1_6接在電機（空調）的驅動器上，控制電機的轉動；P1_7接在減速電機（窗簾）的驅動器上，控制窗簾的開關；P0_4、P0_5與門禁模組相連線，讀取門禁卡的資訊；P0_0與舵機的訊號線相連，控制門的開關。

空調電機的控制和窗簾電機的控制使用的LN298電機驅動模組，其原理圖如圖所示：

圖2-7  LN298電路原理圖

燈具的控制驅動使用的是UL2003A驅動晶片。8號引腳接電源的+5V，16號管腳接電源的GND。邏輯電路原理圖如下所示：

圖2-8  UL2003A邏輯電路原理圖

本課題的顯示部分使用的4.3寸TFT屏，LCD的硬體主要包括LCD玻璃板、LCD驅動器和LCD控制器。LCD控制器和LCD驅動器之間的介面訊號主要有：VD0~VD23、VCLK、HSYNC、VSYNC、VDEN、LCD_PWERN、TSXP、TSYP、TSXM、TSYM^[12]。這裡的VD0~VD23是LCD畫素資料訊號線，用來傳輸要顯示的資料；VCLK是顯式時鐘訊號，每個VCLK訊號，LCD控制器傳送一個畫素的資料到LCD；HYSNC是水平同步訊號，也稱為行同步訊號；VSYNC是垂直同步訊號，也稱為幀同步訊號；VDEN是資料使能訊號；TSXP、TSXM是用來確定平面上X軸上的座標；TSYP、TSYM是用來確定平面上Y軸上的座標。TFT觸控式螢幕和ARM之間的硬體框圖如圖2-9所示：

圖2-9  TFT觸控式螢幕和S3C6410硬體介面圖

門禁系統使用的是RFID讀卡模組RC522，利用舵機控制門的開關，當鑰匙不正確時刷卡會出現蜂鳴器報警，直到正確的鑰匙到了開門才停止報警。門禁部分的基本框圖如圖2-10所示：

圖2-10  門禁部分的基本框圖