2 智能控制器的硬件設計

　　系統選用功能強大的帶有CAN接口的32 位微處理器LPC2294，運行基于特定應用的嵌入式實時操作系統，實現合理的任務調度，滿足控制系統對實時性和可靠性的要求。

　　LPC2294是一款功能強大、超低功耗的具有ARM7TDMI-S 內核的32 bit微處理器［2］。具有2個32bit定時器、4路CAN通道、2個UART、高速IIC接口以及9個外部中斷，內部嵌入256KB 高速Flash存儲器和16 KB靜態RAM， 112個通用I/O口。其內部集成的4路CAN控制器， 符合CAN 規范CAN2. 0B， ISO 1189821標準。

　　2.1　外擴ROM和RAM

　　１）Flash ROM：雖然LPC2294內部嵌入256KB 高速Flash存儲器和16 KB靜態RAM，可以滿足一般的控制要求。但是我們需要外擴一個容量相對大的FlashROM來保存監測到的歷史數據，以便查看和打印。為了滿足操作系統及其文件系統的存儲要求，系統選用了2M Flash ROM器件SST39V160作為存儲介質。

　　2）EEPROM：LPC2294內部沒有集成EEPROM，要將家電設備編號保存下來， 故外擴了容量為1024 Byte的顯存。

　　3）SDRAM：嵌入式操作系統的運行需要動態ARM，而芯片LPC2294內部提供的16K靜態RAM主要用來為7種工作模式分配堆棧和臨時變量分配空間，需要在外部總線上擴充SDRAM（HY57v641620H）芯片，解壓縮后的操作系統將駐留在其內。

　　2.2　鍵盤和液晶顯示

　　為便于控制新掛接在CAN總線上的家電設備，實時顯示家電設備的運行情況，設計了鍵盤輸入與LED顯示。為了充分利用LPC2294的I2 C接口，以及減少電路的復雜性，采用了ZLG7290 I2C接口鍵盤及LED驅動器。ZLG7290的I2 C接口傳輸速率可達32 kb / s，易與處理器接口，并提供鍵盤中斷信號，提高主處理器工作效率。

　　按鍵使用了數字鍵（ 0～9） ，用于輸入和修改數字，可連擊實現快速輸入和修改數字；移位鍵在修改模式下，用于選擇要修改的位；加1鍵在修改模式下將當前要修改的位進行加1操作（在0～9之間循環） ；模式鍵實現進入/退出修改模式，不允許連擊；確認鍵在修改模式下將修改好的數據寫入EEPROM中。

　　2.3　網絡接口

　　RTL8019AS與以太網的連接由PM34 – 1006M濾波器芯片和RJ45完成［1］。其連接如圖2所示。這里采用PM34- 1006M是為了提高網絡通信能力。圖中TPIN+、TPIN-、TPOUT+和TPOUT-是RTL8019AS芯片輸入/輸出信號的4個引腳，濾波器右邊是以太網RJ45接口，通過標準帶RJ45插頭的雙絞線接入以太網。

　　3 智能控制器的軟件設計

　　為了便于系統的擴展和升級，同時更好地協調控制系統的穩定性及實時性，系統采用了嵌入式操作系統uClinux進行設計開發。

　　3.1 嵌入式操作系統uClinux

　　uClinux是Linux2.0的一個分支，它被設計用于沒有MMU的微控制器領域。uClinux的最大特征就是沒有MMU（內存管理單元模塊），它很適合那些沒有MMU的處理器，如ARM7TDMI。uClinux具有完全的TCP/IP協議棧，同時對其他許多的網絡協議都提供支持。這些網絡協議都在uClinux上得到了很好的實現。

　　通過使用嵌入式uClinux，它既保存了原先Linux操作系統穩定性、功能強大等優點，又對內核的代碼重新編寫，減少了內核容量，提高了效率［4］。實時性方面，可以使用進程間通信如管道、消息隊列、共享內存等方法將CAN總線的接收中斷與應用程序直接關聯，加快系統對CAN總線事件的響應速度。進一步可以通過RTLinux和RTAI（Real Time Application Interface）這兩種方案增強uClinux的實時性。主要包括：下載uClinux源代碼，實現在LPC2294上的移植、編寫驅動程序、在uClinux系統下編寫應用軟件。

　　3.2 系統軟件設計

　　為了充分利用LPC2294有限的內存資源，應盡量減少任務個數及任務之間的頻繁切換，可以將優先級相近且運行周期相近的功能整合到同一任務中。通過實時性分析，結合各功能運行周期的要求，系統分為以下3個任務：

　　（1）系統監控與報警。此任務保證控制器與CAN總線上的智能家電設備進行實時通信，及時了解總線上家電的運行情況并作相應處理。此任務運行周期為100ms，優先級最高。確保系統運行的可靠性和響應的及時性。

　　（2）遠程通信任務。主要是實現系統信息與TCP/IP數據的轉換，以實現家電的遠程檢測和控制。任務的實時性較高，把其優先級設為次級高。

　　（3）LED顯示任務。主要是顯示實時的溫度，濕度等室內環境參數和電器設備狀態。無實時要求，優先級最低。

　　4 結論

　　本系統通過擴展LPC2294芯片，組成了智能控制器，實現了家用電器的集中監測和控制。通過移植嵌入式系統使得系統更加穩定和靈活，與互聯網的連接則實現了家庭安防和家電的遠程監控。系統達到了集中控制與遠程控制的目的。