基于ARM的小区供水嵌入式智能控制系统
基于ARM的智能家居控制系统
基于ARM的智能家居控制系统摘要：本文提出了一种基于ARM的智能家居控制系统，确定了总体架构设计，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为智能家居控制系统的控制核心，硬件结构简单，很适合智能家居推广与应用。
关键词：智能家居控制系统嵌入式智能家居也叫智能住宅，英文叫Smart Home。
也可以叫做网络家庭、电子家庭、家庭自动化等等。
智能家居首先由美国、欧洲等经济比较发达的国家提出来的。
其目标就是：“通过家庭内部的一个智能系统，将各种信息家电连接起来进行集中的或异地的监视控制”。
本文智能家居系统的设计，稳定可靠的硬件是基础，也是系统的重要组成部分。
我们做系统硬件设计的时候，要考虑到它实现我们需要的各项功能，还要考虑到系统升级所需要的多端口和空间；还有，在设计智能家居系统的时候，硬件设计还要兼顾到软件设计的方便和易开发等条件。
本文设计的智能家居系统分为主机和分机两个部分。
主机采用ARM9芯片S3C2440作为CPU，分机采用ARM9芯片CC2430作为控制器。
主机MCU S3C2440 采用了ARM920t 的内核，0.13um 的CMOS标准宏单元和存储器单元。
它低功耗，简单，全静态设计非常适合于对智能家居这样低成本、低功率设计的应用。
它采用了新的总线架构(AMBA)。
S3C2440 的优点是核心处理器(CPU)，是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32 位ARM920T的RISC处理器。
ARM920T实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构构。
这一结构具有独立的16KB指令Cache 和16KB 数据Cache。
S3C2440为智能家居系统提供一套完整的通用系统外设，减少整体系统成本和尽可能少的配置额外的组件。
本智能家居系统主机MCU S3C2440的外围设备有人机接口LCD 触摸屏，用来发送指令或处理接受到的分机的指令；USB摄像头是智能家居系统的监控单元，能实时的监控周围的环境，由于USB摄像头监控的视频画面所占存储空间较大，所以我们还需外加存储器来存储视频画面。
基于ARM处理器的嵌入式系统设计
基于ARM处理器的嵌入式系统设计嵌入式系统指的是任何一种通过程序嵌入到硬件系统中，以实现特定功能的设备。
这些系统包括嵌入式计算机、嵌入式传感器、嵌入式测量设备等等。
嵌入式系统的设计必须遵循严格的硬件和软件要求，以实现高可靠性、高效性和低耗能等特性。
ARM处理器是一种高性能低功耗处理器。
由于其独特的架构和性能，ARM处理器已逐渐成为嵌入式系统中的首选处理器。
在工业控制、汽车电子、消费电子等领域中，ARM处理器已经得到广泛的应用。
基于ARM处理器的嵌入式系统设计需要注意以下几个方面：一、硬件设计嵌入式系统中，硬件设计是至关重要的。
硬件设计需要考虑到系统的高可靠性和稳定性。
在基于ARM处理器的嵌入式系统中，硬件设计需要考虑以下几点：1.选取适当的处理器。
根据系统的应用场景和性能要求，选择适当的ARM处理器。
比如，某些应用需要实现高计算性能，而某些应用则需要实现低功耗，需要选择不同的处理器。
2.电源设计。
对于嵌入式系统来说，电源设计尤为重要。
在选择电源时，需要考虑电压范围、电流要求、效率、可靠性等因素。
3.布线设计。
布线设计需要考虑到模拟信号与数字信号的分离、信号传输的完整性以及电磁干扰等问题。
4.外设设计。
根据系统的需求，需要选取合适的外设，包括存储器、通信接口、传感器接口等。
二、软件设计基于ARM处理器的嵌入式系统中，软件设计是至关重要的。
以下是一些需要注意的问题：1.Bootloader设计。
Bootloader是在系统上电时运行的第一个程序，用于初始化硬件、加载操作系统内核等。
Bootloader的设计需要考虑到硬件的初始化和操作系统内核的加载。
2.操作系统设计。
嵌入式系统中，通常会使用一些轻量级的操作系统，例如FreeRTOS、uC/OS等。
操作系统的设计需要考虑到性能、资源占用、任务优先级等因素。
3.应用程序设计。
应用程序设计需要考虑到系统的功能要求、通信协议等因素。
在应用程序设计中，需要注意代码复杂度，确保代码的可维护性和可扩展性。
基于ARM嵌入式系统的设计及其应用
基于ARM嵌入式系统的设计及其应用ARM嵌入式系统是一种基于ARM架构设计的嵌入式计算系统。
ARM架构有着低功耗、高性能和高度可扩展性的特点，所以广泛应用于嵌入式系统。
本文将探讨ARM嵌入式系统的设计原理和其在各个领域的应用。
首先，ARM嵌入式系统的设计需要考虑以下几个方面。
首先是硬件设计，包括选择ARM核心的版本和配置，以及外围设备的选择和接口定义。
其次是软件设计，包括操作系统、驱动程序和应用软件的开发。
最后是系统集成和测试，将硬件和软件进行结合，开展系统级的调试和验证。
ARM嵌入式系统的应用场景非常广泛，下面将介绍几个典型的应用领域。
1.智能手机和平板电脑：ARM嵌入式系统在智能手机和平板电脑上得到了广泛的应用。
其低功耗和高性能的特点使得这些设备具有长久的电池续航时间和流畅的用户体验。
2.物联网：ARM嵌入式系统在物联网领域也有着重要的应用。
它可以用于连接各种智能设备，如智能家居、智能工业设备等，实现设备之间的通信和数据交换。
3.汽车电子：ARM嵌入式系统在汽车电子领域得到了广泛的应用。
它可以用于驱动系统、车载娱乐系统以及车载通信系统等。
ARM嵌入式系统的低功耗和高性能可以提供更好的性能和用户体验。
4.工业控制：ARM嵌入式系统在工业控制领域也有着重要的应用。
它可以用于监控和控制系统，实现自动化生产和设备的远程监控。
5.医疗设备：ARM嵌入式系统在医疗设备领域也得到了广泛的应用。
它可以用于心率监测、血压监测等医疗设备。
ARM嵌入式系统的低功耗和高性能可以提供可靠的性能和长久的使用时间。
总的来说，ARM嵌入式系统在各个领域具有广泛的应用。
其低功耗、高性能和高度可扩展性的特点使得它成为了嵌入式系统设计的首选。
而且，随着技术的不断发展，ARM嵌入式系统将会在更多的领域得到应用，为各行业带来更高效、更智能的解决方案。
智能饮水机嵌入式控制系统设计
智能饮水机嵌入式控制系统设计发表时间：2019-08-30T16:55:30.463Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：胡承欢[导读] 摘要：文章主要针对家用饮水机为例，设计了一套基于嵌入式的智能饮水机控制系统。
美的饮水机制造有限公司广东佛山 528000摘要：文章主要针对家用饮水机为例，设计了一套基于嵌入式的智能饮水机控制系统。
系统以STM32单片机为控制核心，采用FreeRTOS实时操作系统及STemWin图形界面系统，并配备水质监测模块和无线通讯模块等，用户可通过本系统监测到饮水机的工作情况和水质水量情况，并可通过手机APP对饮水机进行远程监测和控制，具有操作便捷、稳定性好、健康节能的特点。
关键词：嵌入式系统；STM32；饮水机；STemWin1.系统功能本系统由STM32单片机、LED灯、继电器、水量传感器、水质检测系列传感器、LCD屏以及WiFi模块组成，饮水机具备状态显示、温度监控、水质水量监测、无水断电、加热控制、远程监控与控制等功能。
系统采用LCD触摸屏控制及智能手机APP控制两套模块，饮水机上配备的LCD触摸屏不仅可实时显示饮水机的工作状态、水温、剩余水量、饮用水的Tds（溶解性固体总量）值，还可通过触摸LCD屏控制加热，大大改善了体验感。
2.系统硬件设计2.1STM32单片机单片机是整个控制系统的核心，具有极其重要的作用。
由于本设计采用了实时操作系统及图形界面系统，因此所选单片机必须具有存储容量大、性能强的特点。
综合比较之下，本设计采用STM32F407单片机。
STM32F407单片机由意法半导体开发，采用Cortex-M4为内核的高性能32位微控制器，拥有1M的内部FLASH、192KB的内部SRAM以及丰富的内部外设，符合本设计对单片机的要求。
2.2WiFi模块WiFi模块负责把饮水机的状态信息发送给手机，并把手机发过来的信息传递给单片机。
国内外WiFi芯片生产厂商很多，芯片性能越来越好。
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计[附程序+图]
![基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计[附程序+图]](https://img.taocdn.com/s3/m/bc91671efd4ffe4733687e21af45b307e871f9ad.png)
方案一：脉冲发讯集中抄收式智能水表系统
工作原理：由表具不断发出脉冲信号，经采集器对脉冲信号进行采集、累加、存储和数据上传。
优点：发讯式集抄系统目前在国内已普遍采推广应用方便,价格较低，只要生产厂商、系统集商严格把好每一环节的质量关，且发讯不随时间产生疲劳损伤，此系统不失为一种可供选择的、适于一定历史时期的过渡产品。
缺点：前期经济投入太多，需要大量的专业网络维护人员，维护工作量大。设计过于复杂，太难，且不容易实现[4]。
方案三：基于89C2051单片机的IC卡智能水表系统
工作原理：以接触IC卡或非接触射频卡作为媒介，将各种信息输入表中控制系统来自动开关阀门(供水或停水)，由用户到自来水公司网点先预购买水量，再将用水量通过IC卡输入表中控制系统，等水量用尽即自动关阀并中断水的供给，报警器在设定水量用完之前会自动报警以提醒用户购水，到达“先买水、后用水”的目的。
Keywords：single-chip computer；wiegand sensor；ICcard；intelligent watermeter
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计
1 绪论
1.1课题的背景及意义
环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。
缺点：(1) 初始化及维护工作量大；(2)磁铁强磁场干扰；(3)电能消耗。
方案二：基于CAN总线的智能水表自动抄收系统
工作原理：自动抄收系统主要由小区管理中心电脑(主控机)、水表数据采集器、采集服务器、中继站等几个部分组成，是一种智能化多用户能耗集中自动抄收系统。其原理是将原能耗计量表的流量转换为脉冲信号，经信号传输线至系统总线，由接口电路通过有线传输或主机直接抄读，最后经微机管理，实现耗能数据的自动处理。
基于Arm-Linux的嵌入式智能家居控制系统的设计
嵌入式系统以其占用资源少、专用性强、功耗低的特点使其广泛应用在移动通信、工业生产、安全监控等领域。
针对人们对高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境的要求，提出了以Arm-Linux为平台的智能家居控制系统的设计。
1 智能家居控制器的总体设计Arm-Linux嵌入式系统以其在性能、体积及功耗等方面的优势在智能家居领域得到越来越广泛的应用。
系统采用基于ARM的嵌入式linux方案，系统分为五层分别为硬件层，系统引导层，系统层，应用支撑层及应用层。
如图1所示应用层在Qtopia图形系统、SQLite 数据库等的支撑下完成了电话报警、照明控制、安防控制、门禁控制以及网络浏览等应用。
2 系统硬件的设计CPU处理器选用Samsung S3C2440A，其主频为400 MHz，资源丰富功能强大。
内存为64M SDRAM，数据总线32bit，时钟频率高达100MHz。
存储器为128 M掉电非易失NANDFLASH。
LCD显示部分为具有4线电阻式触摸屏接口的35英寸真彩色液晶屏。
网卡芯片为DM9000可自适应10／100 M网络，通过RJ45连接头可连接控制器至路由器或者交换机。
智能家居控制模块通过RS485总线与主控制器进行通信。
其硬件结构图如图2所示。
3 软件平台的构建开发环境选取的是虚拟机Vmware6．5+fedora9Linux系统+arm-linux-gcc 4．3．2编译器。
系统与软件的编译采取交叉编译的方式进行。
表1是构建控制系统所需移植开发的一些主要软件。
Uboot是专门针对嵌入式Linux系统设计的开源bootloader，其任务是初始化处理器及外设硬件资源并引导操作系统。
内核为linux2.6.3 2，这版提供了更多的驱动程序以及API，调用起来更加的方便。
在内核中要添加对帧缓存frambuffer的支持，图形系统需要它的支持。
文件系统使用Yaffs2，以配合2 K每页的大页存储器。
根文件系统选用Busvbox1．13．3，配置编译完之后会生成bin和sbin目录以及linuxrc文件，从而系统就具备了系统以及文件管理的相关命令。
基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计
基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计嵌入式移动机器人控制系统是基于ARM架构设计的一种智能机器人控制系统，该系统具有灵活性高、性能稳定、功耗低等优点。
本文将从硬件设计和软件开发两个方面来详细介绍基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计。
硬件设计方面，嵌入式移动机器人控制系统的核心是基于ARM技术的处理器，可以选择低功耗、高性能的ARM Cortex-A9或Cortex-A53处理器。
处理器上可以集成多个内核，通过多核处理器的并行计算能力，可以提高机器人的实时性和响应速度。
此外，为了实现机器人的移动功能，还需要配备驱动电机的电机控制器和位置传感器，采用PWM控制技术来控制电机的转速和方向。
在软件开发方面，首先需要开发移动机器人的操作系统。
可以选择基于Linux的嵌入式操作系统，如Ubuntu的ARM版本或自主开发的实时操作系统。
操作系统可以负责机器人的任务管理和资源调度，提供良好的多任务处理能力。
其次，还需要设计适配机器人硬件的驱动程序，包括电机驱动、传感器驱动、通信驱动等。
驱动程序负责与硬件设备进行交互，将控制指令转化为相应的电信号或数据信号，并获取传感器的数据反馈。
最后，还需要进行机器人的应用开发，根据机器人的具体应用场景，开发相关的算法和控制逻辑，实现机器人的自主导航、路径规划、避障等功能。
在嵌入式移动机器人控制系统设计过程中，还需要考虑功耗管理、通信接口和外设模块等因素。
功耗管理是嵌入式系统设计中非常重要的一环，可以使用睡眠模式来降低功耗，还可以采用动态电压和频率调节的技术，根据系统负载的大小动态调整处理器的工作频率和电压。
通信接口方面，可以采用以太网、Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术，实现机器人与外部设备的数据交换和控制指令的传输。
外设模块可以包括摄像头、激光雷达、超声波传感器等，通过外设模块可以实现机器人的感知和环境理解能力。
总之，基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计需要进行硬件设计和软件开发，并考虑功耗管理、通信接口和外设模块等因素。
基于单片机的恒压供水系统设计
基于单片机的恒压供水系统设计
恒压供水系统是一种常见的水泵控制系统，主要用于保持用户端的水
压稳定。
在本文中，将介绍基于单片机的恒压供水系统的设计。
恒压供水系统的基本原理是通过控制水泵的启停和转速，以保持用户
端的水压恒定不变。
系统的设计主要包括传感器的选择与连接、单片机的
编程、驱动电路的设计等。
首先，选择和连接传感器。
恒压供水系统中最关键的传感器是压力传
感器和流量传感器。
压力传感器用于测量用户端的压力大小，而流量传感
器则用于计算水泵的工作流量。
这两个传感器应该能够与单片机进行连接
并传输数据。
其次，进行单片机的编程。
单片机可以根据传感器测得的数据，通过
控制水泵的启停和转速，以实现恒定的水压。
编程的关键是根据实际需求
确定水泵的工作状态和转速，并实现相应的控制逻辑。
例如，当水压低于
设定值时，单片机可以启动水泵并逐渐增加转速；当水压达到设定值时，
单片机可以停止水泵或者降低转速。
最后，进行驱动电路的设计。
水泵通常需要较大的电流和电压来工作，因此需要设计适当的驱动电路。
这个电路应该能够与单片机进行连接，并
根据单片机的控制信号提供所需的电流和电压给水泵。
在整个系统设计中，还需要考虑到系统的可靠性和安全性。
例如，可
以设置安全开关来监测水泵的状态，当水泵出现故障时及时停止供水，避
免水泵过热或水压过高等问题。
同时，还可以设置报警装置来提醒用户系
统的异常情况。
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基于ARM的小区供水嵌入式智能控制系统
An Embedded Intelligent Control System of Water Supply for Community Based on
Arm
黄建鑫陈红勋
（上海大学机电工程及自动化学院，上海 200072）
摘要：介绍了一种基于ARM的小区供水嵌入式智能控制系统，它采用了ARM7内核的工业级微控制器LPC2129。
由于该控制系统嵌入了专家系统和模糊PID控制，因此它能很好地跟踪用户需求，更好地发挥变频调速的节能潜力，与常规恒压供水系统相比能更大限度地节能。
关键词：小区供水嵌入式智能控制系统 ARM 节能
Abstract:An embedded intelligent control system of water supply for community based on LPC2129 with ARM7 kernel is proposed in this paper. As the control system is embedded with expert system and fuzzy-PID control, it can do better in tracing requirements of users, taking advantage of the energy saving potential of variable frequency control, and saving more energy than traditional constant pressure water supply system.
Keywords:Water supply for community Embedded Intelligent control system ARM Energy saving
0 引言
目前的小区和楼宇供水系统普遍采用基于变频调速技术的恒压供水系统，与传统的恒速供水系统相比取得了可观的节能效果。
但由于供水系统的泵出口压力恒定，不能依据用户需求做相应调节，因此从泵理论和水动力学来分析它并没有把变频调速的节能潜力充分发挥出来。
本文针对小区供水系统节能这一课题，提出了一种基于ARM的小区供水嵌入式智能控制系统，它能实时跟踪用户需求，因而能较充分发挥变频调速的节能潜力，与常规恒压供水系统相比能更大限度的节能。
1 ARM处理器的性能特点简介
LPC2000系列CPU都是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的CPU，对于代码规模有严格控制的应用场合可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。
它们特别适用于工业控制、医疗系统、通信网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。
LPC2129具有以下特点：① 16KB片内SRAM，256KB片内Flash程序存储器；
②片内Boot装载程序实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP），Flash编程1ms可编程256字节，扇区擦除或整片擦处只需400ms；③多个串行接口，包括两个UART，一个I2C 和两个SPI接口，一个PWM单元（6路输出）、实时时钟和看门狗定时器，多达47个可承受5V电压的通用I/O口；④通过可编程的片内锁相环可实现最大为60MHz的CPU工作频率范围，片内晶振的操作频率范围1-30MHz；⑤空闲和掉电两种低功耗模式，通过外部中断处理器从掉电模式中唤醒，外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最小化。
2 系统工作原理与软硬件实现
2.1 系统工作原理
本系统将泵理论和水动力学做成专家系统，通过对泵出口的压力和流量的采集，由专家
系统运算后实时给出系统的工作点，再通过模糊PID控制迅速的把系统稳定在该工作点处。
同时该系统还具有故障报警，常规PLC启停逻辑控制，CAN通信，与上位机通信等功能，其中上位机采用VB编写应用程序完成对下位机的监控。
系统的原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
2.2 硬件设计
2.2.1 A/D转换模块
本系统直接采用ARM7-LPC2129的片内两个A/D转换模块接收泵出口的压力和流量采集信号，转换好的数据送入专家系统进行进一步处理。
2.2.2 ARM7控制器
ARM7控制器嵌入了专家系统和模糊PID控制功能，其中专家系统部分把经A/D转换后的流量和压力信号进行运算，计算出用户在该时刻的压力需求并给出系统的工作点，然后经模糊PID控制把系统迅速稳定在该工作点处，系统的控制原理图如图2所示。
图2 系统的控制原理图
模糊控制具有对被控制对象的数学模型依赖性弱、不需要建立精确数学模型的优点，而PID控制算法具有简单、容易实现等优点，因此，把模糊控制与PID控制在不同的区域实行分级控制，就能发挥模糊控制和PID控制各自的优点。
在误差较大时，采用模糊控制使系统快速趋向设定值，并且能实现超调较小的良好动态特性；误差较小时即趋于稳定时，采用PID控制算法发挥PID控制精确、静态误差小等优点，进一步改善静态特性。
由于供水系统具有时滞性和非线性，同时建立它的精确数学模型在目前来看还是不可能的，因此本系统采用了模糊PID对供水系统进行控制。
2.2.3 串口通信模块
本系统直接使用了ARM7-LPC2129的片内两个UART接口。
其中UART0与变频器通信，UART1与上位机（PC）通信。
2.2.4 开关量输入/输出模块
本系统采用了ARM7-LPC2129的通用输入/输出口做为开关量的输入/输出接口，用于接收火灾信号、缓冲水池的液位信号，完成泵组启停逻辑控制等相关辅助功能。
2.2.5 CAN接口模块
现场总线是工业控制中的控制局域网，代表了未来工业控制的发展方向。
由于它的飞速
发展，各项工控技术均向现场总线靠拢，因此本系统还开发了CAN接口（ARM7-LPC2129带有一个CAN接口）驱动程序，为系统能接入现场总线网络提供技术支持。
2.3 软件设计
本系统应用程序采用结构化模块设计，由主程序和中断服务程序等组成。
中断服务程序定时检测用户端管道压力和流量，并完成A/D转换，采样数据经数字滤波送专家系统分析确定系统的工作点。
工作点确定后经模糊PID模块迅速把系统稳定在该工作点处，通过上下位机的通信程序实现上位PC对下位机的监控，同时在软件的设计中加入了软件看门狗，增强了系统的抗干扰能力。
主程序框图如图3。
图3 主程序流程图
3 结束语
由于本系统嵌入了含有泵理论和水动力学的专家系统及模糊PID控制，所以能较好地实时跟踪用户需求，更好地发挥了变频调速的节能潜力并取得了良好的节能效果；同时系统还具有很好的快速性、稳定性和很好的抗干扰能力。
由于具有良好的供水品质和节能效果，使得本系统不仅能应用在小区供水中还可以应用在楼宇供水及工厂企业的供水节能改造中。
参考文献
1 干浙民.恒压变流量供水系统中值得研讨的几个问题[J].灌溉机械,1997,(1).
2 刘永信,等.单片机控制变频调速恒压供水系统[J].广西工学院学报,2001,(12).
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