本實(shí)用新型涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，更具體的說，尤其涉及一種可實(shí)現(xiàn)多種總線形式通信、多種傳感器和表計(jì)信號(hào)采集以及可對(duì)多種用電設(shè)備控制的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器。
背景技術(shù)：
智能控制器指在儀器、設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)控制而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制單元，它一般是以單片機(jī)芯片（MCU）或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片為核心，依據(jù)不同功能要求輔之外圍模擬及數(shù)字電子電路，并置入相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件程序，經(jīng)電子加工工藝制造而成的核心控制部件。
智能控制器以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，集成了自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等諸多門類技術(shù)而形成的高科技產(chǎn)品。智能控制器并非以終端產(chǎn)品的形態(tài)工作，而是作為核心部件內(nèi)置于儀器設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，在其中扮演神經(jīng)中樞和大腦的角色，廣泛應(yīng)用于家用電器、電動(dòng)工具、汽車電子、健康護(hù)理產(chǎn)品及智能建筑與家居等終端產(chǎn)品中。
目前的智能控制器一般采用單片機(jī)作為控制單元，執(zhí)行單一的智能控制功能。如智能照明控制器，用于建筑照明燈具的控制；智能路燈控制器，用于區(qū)域或城域的路燈系統(tǒng)控制；智能空調(diào)控制器，用于空調(diào)的控制；智能家居控制器，用于家居中的照明、空調(diào)及安防的各種設(shè)備的控制。
采用單片機(jī)作為微控制器實(shí)現(xiàn)的智能控制器，由于受到單片機(jī)資源的限制，難于完成復(fù)雜的智能控制功能。主要缺點(diǎn)有：
①、處理能力弱，功能單一。如照明控制器只能完成建筑物內(nèi)的各種燈具的控制，路燈控制器只能完成路燈的回路和單燈控制?？照{(diào)節(jié)能控制器只能完成空調(diào)的節(jié)能控制。一個(gè)智能系統(tǒng)中需要對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行智能控制，就需要各種類型的智能控制器。系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備重復(fù)投入。同時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的信息收集和處理能力。
②、通信功能弱。常見的通信方式有RS-485總線、CAN總線、無(wú)線通信、電力載波（PLC）、紅外等。一般控制器都只有其中的一種或兩種通信方式，少數(shù)具備WiFi或以太網(wǎng)通信。
③、程序升級(jí)困難。單片機(jī)一般都不具備遠(yuǎn)程程序升級(jí)功能，一旦需要對(duì)控制程序進(jìn)行升級(jí)或修復(fù)BUG，都只有到現(xiàn)場(chǎng)用專用的開發(fā)工具才能完成。
④、人機(jī)界面簡(jiǎn)單。輸入方式一般采用鍵盤，顯示方式一般為L(zhǎng)ED燈、數(shù)碼管或點(diǎn)陣式LCD屏。
⑤、操作復(fù)雜。每種控制器都有不同的使用操作步驟，難以統(tǒng)一。對(duì)使用維護(hù)人員要求較高。
智能控制器的核心功能是提高用電設(shè)備的效率、精度和智能化。近年來(lái)，智能移動(dòng)終端的快速發(fā)展加速了全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，原本以 PC 機(jī)為終端的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代加入了移動(dòng)終端，并進(jìn)一步向物物相連發(fā)展。智能家居、智能樓宇、智能社區(qū)乃至智慧城市出現(xiàn)發(fā)展雛形。
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要大量的分布式的信息收集和處理終端，這樣就要求智能控制器除了自身完成的智能控制外，還必須具有強(qiáng)大的信息收集和處理能力，這就是我們開發(fā)的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，將是現(xiàn)有傳統(tǒng)智能控制器產(chǎn)品的升級(jí)產(chǎn)品。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，包括嵌入式系統(tǒng)核心板、輔助單片機(jī)、開關(guān)穩(wěn)壓電源和各種接口電路，嵌入式系統(tǒng)核心板由微處理器及與其相連接的存儲(chǔ)器構(gòu)成；其特征在于：所述各種接口電路為設(shè)置于嵌入式系統(tǒng)核心板上的音頻接口、紅外接口、以太網(wǎng)接口、SD接口、I2C接口、CSI接口、LCD接口、多個(gè)USB接口以及多個(gè)串口；通過接口電路的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)核心板與各種內(nèi)置或外接設(shè)備的連接；音頻接口用于連接音頻輸入、音頻輸出設(shè)備，紅外接口用于連接紅外發(fā)射、紅外接收器件；以太網(wǎng)接口連接有實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的物理接口芯片，SD接口用于插入TF卡，I2C接口用于連接電容觸摸屏，CSI接口用于連接攝像頭，LCD接口用于連接液晶顯示器；
多個(gè)USB接口分別作為USB OTG接口、內(nèi)置USB接口、連接內(nèi)置WiFi模塊，內(nèi)置WiFi模塊用于實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)核心板的WiFi通信；多個(gè)串口模塊分別作為485接口電路1、485接口電路2、485接口電路3、調(diào)試接口、連接內(nèi)置Zigbee模塊以及與輔助單片機(jī)相通信；Zigbee模塊用于實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)核心板的Zigbee通信，485接口電路1、485接口電路2、485接口電路3分別作為傳感器接口、輸出設(shè)備接口、表計(jì)采集接口。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，包括后備電池，后備電池用于提供+3V電壓；開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸入端連接12V直流電源，開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出+5V和+3.3V電壓；音頻接口連接的音頻輸入、音頻輸出設(shè)備分別為話筒和揚(yáng)聲器；所述輔助單片機(jī)連接有照度傳感器、溫濕度傳感器和電源按鍵。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，所述微處理器采用ARM Cortex-A系列處理器，存儲(chǔ)器包括NAND FLASH存儲(chǔ)器和DDR3存儲(chǔ)器，微處理器連接有晶體振蕩器。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路或Zigbee模塊連接有照度傳感器、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、開關(guān)面板和場(chǎng)景面板，通過485接口電路或Zigbee模塊連接有多個(gè)智能輸出模塊和多個(gè)智能調(diào)光模塊，智能輸出模塊、智能調(diào)光模塊分別控制照明燈具的開關(guān)、調(diào)光燈具的亮度；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路或Zigbee模塊連接有溫度傳感器、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、場(chǎng)景面板，通過485接口電路或Zigbee模塊連接有智能輸出模塊或智能插座、智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器、VRV空調(diào)網(wǎng)關(guān)、智能溫控器，智能輸出模塊或智能插座及智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)對(duì)分體空調(diào)的控制，VRV空調(diào)網(wǎng)關(guān)、智能溫控器分別實(shí)現(xiàn)對(duì)VRV空調(diào)、中央空調(diào)的控制；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路連接有照度傳感器，通過USB接口連接有電力載波模塊，通過不同的485接口電路連接有回路擴(kuò)展模塊和遠(yuǎn)傳電表；回路擴(kuò)展模塊用于對(duì)交流接觸器的通斷電狀態(tài)進(jìn)行控制，遠(yuǎn)傳電表與路燈開關(guān)相連接，以控制路燈線路電源的開關(guān)狀態(tài)，再經(jīng)過遠(yuǎn)傳電表與各個(gè)路燈開關(guān)相連接；遠(yuǎn)傳電表用于計(jì)量用電量；電力載波模塊控制每個(gè)路燈開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)和故障查詢；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路連接有室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、進(jìn)水溫度傳感器、回水溫度傳感器，通過485接口電路連接有電動(dòng)閥門控制器，驅(qū)動(dòng)暖通系統(tǒng)上的電動(dòng)三通閥對(duì)開啟度進(jìn)行控制；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過USB接口連接有MBUS主站模塊、CAN總線模塊、PLC通信模塊，分別用于MBUS總線儀表或設(shè)備、CAN總線儀表或設(shè)備、PLC通信儀表或設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；通過485接口電路采集485總線遠(yuǎn)傳表計(jì)，智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路或Zigbee模塊連接有人體感應(yīng)傳感器、開關(guān)面板、場(chǎng)景面板，通過藍(lán)牙模塊或Zigbee模塊連接有健身設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，通過485接口電路或Zigbee模塊連接有智能輸出模塊或智能插座、智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器、智能調(diào)光模塊、電動(dòng)窗簾模塊，通過485接口電路連接遠(yuǎn)傳電表、水表、燃?xì)獗怼崃勘?；智能輸出模塊或智能插座對(duì)燈具、空調(diào)、電視、音響、熱水器、飲水機(jī)電源的通斷狀態(tài)進(jìn)行控制，智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)空調(diào)、電視、音響、熱水器的紅外遙控控制，智能調(diào)光模塊對(duì)調(diào)光燈具的亮度進(jìn)行控制，電動(dòng)窗簾模塊對(duì)電動(dòng)窗簾的開閉進(jìn)行控制；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與樓宇服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器，智能控制器通過485接口電路或Zigbee模塊連接有環(huán)境溫度傳感器、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、無(wú)線門磁傳感器、RFID考勤機(jī)、RFID讀卡器，通過USB接口連接有USB延長(zhǎng)器，通過內(nèi)置WiFi模塊連接有WiFi攝像頭，通過485接口電路或Zigbee模塊連接有智能輸出模塊或智能調(diào)光模塊、智能插座、智能輸出模塊和智能無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)器、電動(dòng)窗簾模塊、兩個(gè)智能輸出模塊或智能插座；智能輸出模塊或智能插座分別對(duì)教學(xué)系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)的電源開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，智能輸出模塊或智能調(diào)光模塊對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，智能輸出模塊和智能無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，電動(dòng)窗簾模塊對(duì)遮陽(yáng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；智能控制器通過以太網(wǎng)接口或內(nèi)置WiFi模塊與校園服務(wù)器進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的智能控制器，嵌入式系統(tǒng)核心板上集成了音頻接口、紅外接口、以太網(wǎng)接口、SD接口、I2C接口、CSI接口、LCD接口、多個(gè)USB接口以及多個(gè)串口，可同時(shí)進(jìn)行多種方式的通信、多種傳感和表計(jì)數(shù)的采集，同時(shí)可控制多種用電設(shè)備，具有通用性好、綜合性強(qiáng)、設(shè)備可復(fù)用、程序開發(fā)和安裝方便、操作方便、軟硬件升級(jí)容易的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的智能控制器的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：
①、通用性好，通過安裝不同應(yīng)用軟件就可以實(shí)現(xiàn)各種類型的智能控制器、智能采集器、智能網(wǎng)關(guān)等功能。可以大大減少設(shè)備的型號(hào)，降低開發(fā)費(fèi)用和生產(chǎn)成本。
②、綜合性強(qiáng)，一臺(tái)智能控制器同時(shí)可以安裝不同應(yīng)用軟件，進(jìn)行綜合控制，實(shí)現(xiàn)整合區(qū)域的智慧控制。如可實(shí)現(xiàn)智能家居、智慧教室、智慧辦公等一系列智能控制。
③、設(shè)備復(fù)用，同樣一個(gè)傳感器，在智能控制器中，可以被多個(gè)系統(tǒng)使用，大大減少了傳感器數(shù)量，降低的工程造價(jià)。如同一個(gè)人體感應(yīng)傳感器，既可以用于照明控制系統(tǒng)，進(jìn)行照明燈具的控制；又可以用于空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，用于空調(diào)節(jié)能的控制；還可以用于安防監(jiān)控系統(tǒng)，用于人員侵入告警。
④、應(yīng)用程序開發(fā)方便，嵌入式操作系統(tǒng)主要采用Linux、Android等，并根據(jù)需要進(jìn)行剪裁。智能控制器的嵌入式軟件平臺(tái)，已經(jīng)將各種底層驅(qū)動(dòng)開發(fā)完善，生成固件，開發(fā)成標(biāo)準(zhǔn)的接口程序。應(yīng)用軟件的開發(fā)只要直接調(diào)用這些接口程序就可以了，程序開發(fā)周期可以大為縮短。
⑤、應(yīng)用程序安裝方便，升級(jí)容易。授權(quán)用戶只需要接入以太網(wǎng)，遠(yuǎn)程登錄相關(guān)網(wǎng)站，下載安裝包，就可以實(shí)現(xiàn)一鍵安裝。無(wú)需技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)就可以實(shí)現(xiàn)?？刂破髦械母聲r(shí)間設(shè)置，自動(dòng)登錄升級(jí)網(wǎng)站，就可以使應(yīng)用軟件在第一時(shí)間得到更新。無(wú)需人工干預(yù)。
⑥、通信方式多樣，應(yīng)用靈活。內(nèi)置了常用的以太網(wǎng)、WiFi、RS-485總線、Zigbee等各種通信方式。還可以擴(kuò)展CAN總線、MBUS總線、PLC、3G等其它通信方式。上行和下行都有有線和無(wú)線兩種通信方式供用戶選擇，安裝方便。
⑦、操作使用方便，大屏幕的LCD真彩顯示器，可以顯示各種程序界面、圖片、視頻，操作界面采用流行的智能手機(jī)和平板電腦風(fēng)格，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)就可以使用。輸入方式采用觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)漢字、數(shù)字、字母、符號(hào)等多種輸入方式。
⑧、硬件升級(jí)容易，采用了核心板加底板的電路結(jié)構(gòu)，如果遇到ARM處理器升級(jí)，只需將新的處理器及周邊制成新的核心板，保持引腳的兼容，就可以直接替代原來(lái)的核心板。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器的原理圖；
圖2為本實(shí)用新型中嵌入式系統(tǒng)核心板的原理圖；
圖3為本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器的主視圖；
圖4為本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器的右視圖；
圖5為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能照明控制的原理圖；
圖6為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于空調(diào)節(jié)能控制的原理圖；
圖7為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能路燈控制的原理圖；
圖8為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于暖通節(jié)能控制的原理圖；
圖9為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能采集器的原理圖；
圖10為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能家居控制的原理圖；
圖11為本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智慧教室控制的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，給出了本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器的原理圖，其由嵌入式系統(tǒng)核心板、輔助單片機(jī)、開關(guān)穩(wěn)壓電源、后備電源及各種接口電路組成，所示的嵌入式系統(tǒng)核心板上設(shè)置有音頻接口、紅外接口、以太網(wǎng)接口、SD接口、I2C接口、CSI接口、LCD接口、多個(gè)USB接口以及多個(gè)串口，多個(gè)USB接口分別作為USB OTG接口、內(nèi)置USB接口、連接內(nèi)置WiFi模塊，內(nèi)置WiFi模塊用于實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)核心板的WiFi通信；多個(gè)串口模塊分別作為485接口電路1、485接口電路2、485接口電路3、調(diào)試接口、連接內(nèi)置Zigbee模塊以及與輔助單片機(jī)相通信；Zigbee模塊用于實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)核心板的Zigbee通信，485接口電路1、485接口電路2、485接口電路3分別作為傳感器接口、輸出設(shè)備接口、表計(jì)采集接口。
音頻接口用于連接音頻輸入、音頻輸出設(shè)備，紅外接口用于連接紅外發(fā)射、紅外接收器件；以太網(wǎng)接口連接有實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的物理接口芯片，SD接口用于插入TF卡，I2C接口用于連接電容觸摸屏，CSI接口用于連接攝像頭，LCD接口用于連接液晶顯示器。
如圖2所示，給出了本實(shí)用新型中嵌入式系統(tǒng)核心板的原理圖，核心板就是將嵌入式系統(tǒng)的核心功能封裝的一塊多層PCB板上，集成了CPU（如ARM處理器）、存儲(chǔ)器（DDR3和NAND FLASH）、電源管理系統(tǒng)和外接引腳，通過外接引腳與配套底板連接在一起就可以實(shí)現(xiàn)需要的系統(tǒng)。因?yàn)楹诵陌寮闪撕诵牡耐ㄓ霉δ?，所以它具有一塊核心板可以定制各種不同底板的通用性，這大大提高了開發(fā)效率，也降低了開發(fā)的難度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。
CPU采用的是ARM Cortex-A系列處理器，Cortex-A 應(yīng)用程序處理器（Application Processors）可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 2GHz 頻率的卓越性能，從而可支持下一代的移動(dòng) Internet 設(shè)備。這些處理器具有單核和多核種類，最多提供四個(gè)具有可選 NEON 多媒體處理模塊和高級(jí)浮點(diǎn)執(zhí)行單元的處理單元。 應(yīng)用包括智能手機(jī)、智能本和上網(wǎng)本、電子閱讀器、數(shù)字電視、家用網(wǎng)絡(luò)、家用網(wǎng)關(guān)和其他各種產(chǎn)品。
內(nèi)存DDR3內(nèi)存容量從512M到2G， 硬盤NAND FLASH 容量從4G到16G，可根據(jù)用戶需要選擇。晶體振蕩器為ARM處理器提供穩(wěn)定的工作頻率和RTC頻率。電源管理系統(tǒng)為ARM處理器、DDR3和NAND FLASH提供所需的各種電壓，并對(duì)功耗進(jìn)行管理。
音頻接口外接的音頻電路包括音頻輸入和音頻輸出兩部分，音頻輸入由話筒組成，用于語(yǔ)音輸入。音頻輸出主要由音頻功率放大器和揚(yáng)聲器組成，音頻功率放大器放大核心板輸出的音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。音頻輸出用于語(yǔ)音通信或者播放各種音頻文件。
紅外接口外接的紅外電路包括紅外發(fā)射和紅外接收兩部分，紅外發(fā)射電路包括恒流驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射功率控制電路和紅外發(fā)射二極管。作用是發(fā)射各種紅外遙控波形，實(shí)現(xiàn)紅外遙控功能。接收電路主要為紅外接收頭和反相器，將接收到的紅外遙控信號(hào)變換成脈沖波形后送到嵌入式核心板和輔助單片機(jī)。
與以太網(wǎng)接口相連接的物理接口由以太網(wǎng)物理接口芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45插座組成，在核心板以太網(wǎng)控制器的控制下，實(shí)現(xiàn)10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信。SD卡電路主要由靜電保護(hù)ESD電路和Micro SD卡座、TF卡等組成，用于本機(jī)固件燒寫和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。可根據(jù)需要選擇不同的TF卡容量，最大可支持到32GB。電容觸摸屏電路主要由觸摸屏接口芯片和7—10寸的電容觸摸屏組成，用于各種操作信息的輸入?？筛鶕?jù)需要選擇觸摸屏的尺寸，最大可支持到10英寸。LCD顯示器電路主要由偏壓產(chǎn)生電路、背光電路和TFT真彩液晶顯示器等組成。用于程序界面、圖片和視頻文件等顯示?？筛鶕?jù)需要選擇液晶顯示屏的尺寸，最大可支持到10英寸，1024×768像素。攝像頭采用前置式，可用于視頻對(duì)講、視頻考勤、接近拍照等用途。最大可支持到500萬(wàn)像素?cái)z像頭。
USB1為USB OTG接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的B 型物理接口引出至控制器外殼上，由控制器的USB設(shè)備界面設(shè)置其功能。默認(rèn)作為USB 設(shè)備使用，可以連接電腦，用于燒寫固件、ADB 調(diào)試等。界面中將該口設(shè)置為HOST時(shí)，可當(dāng)通用的HOST 接口使用?？山尤胫讣y考勤機(jī)、攝像頭、USB遠(yuǎn)傳模塊、MBUS總線模塊、電力載波通信模塊和3G無(wú)線通信模塊等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展。USB2為通用的USB HOST 接口，安裝在控制器內(nèi)部，用于程序調(diào)試。USB3接入WiFi模組或WiFi/BT模組，實(shí)現(xiàn)WiFi和藍(lán)牙通信。WiFi 模組支持b/g/n，天線采用外接PCB天線，安裝在控制器外殼內(nèi)部。
核心板提供6路串口電路，本機(jī)應(yīng)用如下：串口0安裝在機(jī)內(nèi)，用于程序調(diào)試；串口2外接隔離485芯片，用于RS-485通信，可定義為傳感器通信端口；串口3外接隔離485芯片，用于RS-485通信，可定義為輸出設(shè)備通信端口；串口5外接隔離485芯片，用于RS-485通信，可定義為遠(yuǎn)傳表計(jì)通信端口；串口6與輔助單片機(jī)的串口相連接，用于與單片機(jī)之間的通信；串口7與Zigbee芯片的串口相連接，實(shí)現(xiàn)Zigbee通信功能。
輔助單片機(jī)系統(tǒng)的作用是對(duì)整機(jī)電源系統(tǒng)進(jìn)行管理，監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)的工作狀態(tài)，完成內(nèi)置照度和溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集，對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行軟件解碼。開關(guān)穩(wěn)壓電源將外接輸入的12V電壓轉(zhuǎn)換成+5V和+3.3V電壓，提供給核心板和其它電路使用。同時(shí)，電源的開關(guān)還受到單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)電源的軟開關(guān)。穩(wěn)壓電源系統(tǒng)還包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）后備電池，當(dāng)整機(jī)關(guān)閉后，由后備電池繼續(xù)供電，保證時(shí)鐘正常走時(shí)。
如圖3和圖4所示，分別給出了本實(shí)用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能控制器的主視圖、右視圖，外殼正面中間位置為觸摸屏和LCD顯示器，上方中央為前置攝像頭，下方中央為電源開關(guān)，左邊依次為話筒和紅外發(fā)射頭，右側(cè)依次為紅外接收頭和揚(yáng)聲器。WiFi和Zigbee天線內(nèi)置在外殼內(nèi)部的左上方和右下方，垂直安裝，減少兩者之間的干擾。外殼右側(cè)為輸入輸出端口安裝位置，從上到下依次為：直流電源插座、USB插座、以太網(wǎng)插座、傳感器插座、輸出設(shè)備插座和表計(jì)插座。
如圖5所示，給出了本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能照明控制的原理圖，智能控制器安裝智能照明應(yīng)用軟件，外接照度傳感器（或利用控制器內(nèi)置的照度傳感器）、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、開關(guān)面板、場(chǎng)景面板等傳感器或輸入設(shè)備，外接智能輸出模塊和智能調(diào)光模塊等輸出，就可以組成智能照明控制系統(tǒng)。
在智能照明控制應(yīng)用軟件中，可以設(shè)置各個(gè)燈具的控制策論，包括定時(shí)控制、照度控制、人體感應(yīng)控制、人數(shù)控制，以及這些單策論的雙重或三重組合。并與各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行任意綁定。還可以與開關(guān)面板與場(chǎng)景面板進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)人工控制或一鍵聯(lián)動(dòng)控制。
如圖6所示，給出了本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于空調(diào)節(jié)能控制的原理圖，智能控制器安裝空調(diào)節(jié)能控制應(yīng)用軟件，外接溫度傳感器（或利用控制器內(nèi)置的溫濕度傳感器）、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、場(chǎng)景面板等傳感器或輸入設(shè)備，外接智能輸出模塊（或智能插座）和智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，就可以對(duì)壁掛或柜式的單相或三相分體空調(diào)進(jìn)行節(jié)能控制，實(shí)現(xiàn)電源管理和紅外遙控雙重控制。外接VRV空調(diào)網(wǎng)關(guān)或控制器的RS-485總線直接與VRV空調(diào)相連接，就可以對(duì)VRV空調(diào)進(jìn)行節(jié)能控制；外接智能溫控器，就可以對(duì)中央空調(diào)的末端進(jìn)行節(jié)能控制。
在空調(diào)節(jié)能控制應(yīng)用軟件中，可以設(shè)置各種空調(diào)的控制策論，包括定時(shí)控制、溫濕度控制、人體感應(yīng)控制、人數(shù)控制，以及這些單策論的雙重或三重組合。并與各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行任意綁定。還可以與場(chǎng)景面板進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)一鍵聯(lián)動(dòng)控制。
如圖7所示，給出了本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能路燈控制的原理圖，智能控制器安裝智能路燈控制應(yīng)用軟件，外接照度傳感器（或利用控制器內(nèi)置的照度傳感器），通過USB接口外接電力載波模塊，通過485總線接口外接回路擴(kuò)展模塊和遠(yuǎn)傳電表 ，各個(gè)路燈處安裝路燈開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)回路或單燈的智能控制。在智能路燈控制應(yīng)用軟件中，通過設(shè)置當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，計(jì)算出每天的日出日落時(shí)間，經(jīng)過照度傳感器的修正，通過回路擴(kuò)展模塊和交流接觸器，控制路燈回路電源的開啟和關(guān)閉，保證了路燈線路供電的及時(shí)和準(zhǔn)確。
通過USB接口擴(kuò)展的電力載波模塊，將電力載波信號(hào)耦合到路燈供電回路中，用于與各個(gè)路燈開關(guān)的電力載波通信。路燈開關(guān)安裝在每個(gè)路燈的燈柱內(nèi)，對(duì)各個(gè)路燈實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、電能采集和燈具故障判斷。并通過電力載波與電力載波模塊通信，最終完成與智能控制器的雙向通信。通過控制策論的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)分區(qū)的路燈智能控制，達(dá)到深夜后隔燈關(guān)閉、隔多燈關(guān)閉、單邊關(guān)閉、循環(huán)使用等一系列控制效果。對(duì)路燈燈具故障進(jìn)行告警，對(duì)燈具使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，達(dá)到使用壽命時(shí)進(jìn)行預(yù)警。提高路燈管理的科學(xué)性。
如圖8所示，給出了本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于暖通節(jié)能控制的原理圖，智能控制器安裝暖通節(jié)能控制應(yīng)用軟件，通過485總線外接室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、進(jìn)水溫度傳感器、出水溫度傳感器等傳感器，再通過485總線接入電動(dòng)閥門控制器，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)三通閥調(diào)節(jié)進(jìn)水和回水的水量，就可以實(shí)現(xiàn)氣候補(bǔ)償和分時(shí)分溫兩種類型的暖通節(jié)能控制。
在暖通節(jié)能控制應(yīng)用軟件中，根據(jù)室外實(shí)際溫度和對(duì)室內(nèi)溫度的要求，或者用戶設(shè)定的不同時(shí)間段對(duì)室內(nèi)溫度要求，按照設(shè)定供水溫度通過PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)電動(dòng)三通閥的開啟度進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)供水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免產(chǎn)生室溫過高/低而造成能源浪費(fèi)。
如圖9所示，給出了實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能采集器的原理圖，智能控制器安裝智能采集軟件，直接通過表計(jì)接口的485總線，以及通過USB接口外接MBUS主站模塊、CAN總線模塊或PLC通信模塊，實(shí)現(xiàn)上述四種總線儀表或設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。智能采集軟件支持的協(xié)議類型主要有：DL/T645-1997 規(guī)約、DL/T645-2007規(guī)約、CJ/T188-2004規(guī)約、Modbus RTU規(guī)約、CAN總線和PLC協(xié)議等。采集時(shí)間可以在1—300分鐘之間任意設(shè)置，最大采集設(shè)備數(shù)量可以達(dá)到1024臺(tái)（參數(shù)），上傳服務(wù)器數(shù)量最多可大8臺(tái)（可設(shè)置）。采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在TF卡中，最大容量32G。
如圖10所示，給出了實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智能家居控制的原理圖，智能控制器安裝智能家居應(yīng)用軟件，通過485總線或Zigbee無(wú)線接入人體感應(yīng)傳感器、開關(guān)面板、場(chǎng)景面板等傳感器或輸入設(shè)備，接入智能輸出模塊、智能插座、智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器、智能調(diào)光模塊和電動(dòng)窗簾等輸出設(shè)備，通過表計(jì)端口的485總線接入遠(yuǎn)傳電表、水表、燃?xì)獗砗蜔崃勘怼Ｈ鐖D9所示，就可以組成一個(gè)完整的智能家居系統(tǒng)。
智能家居應(yīng)用軟件將一個(gè)以太網(wǎng)服務(wù)器地址設(shè)置為樓宇服務(wù)器，與樓宇自己?jiǎn)卧拈T禁系統(tǒng)相連接，通過控制器的攝像頭和音視頻系統(tǒng)組成對(duì)講和門禁系統(tǒng)。同時(shí)，與智慧小區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，接收小區(qū)通知通告，上報(bào)維修、預(yù)警和告警信息。
WiFi設(shè)置為無(wú)線局域網(wǎng)模式，作為家庭手機(jī)無(wú)線上網(wǎng)熱點(diǎn)，并通過智能家居手機(jī)APP軟件對(duì)家居進(jìn)行設(shè)置和控制。
通過485總線或Zigbee無(wú)線，外接人體感應(yīng)傳感器，用于家庭人員外出后的家庭安防系統(tǒng)告警；外接開關(guān)面板、場(chǎng)景面板等輸入設(shè)備，用于手動(dòng)開關(guān)各種電器設(shè)備。通過藍(lán)牙或Zigbee無(wú)線方式，接入健身設(shè)備，用于對(duì)健身效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)；接入醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，用于對(duì)家庭病人進(jìn)行監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)上傳和告警。
通過485總線或Zigbee無(wú)線，外接智能輸出模塊或智能插座，用于對(duì)燈具、空調(diào)、電視、音響、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲、消毒機(jī)等家用電器進(jìn)行電源控制；外接智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，用于空調(diào)、電視、音響、熱水器等電器的紅外遙控；外接智能調(diào)光模塊，用于調(diào)光燈具的控制；外接電動(dòng)窗簾模塊，用于電動(dòng)窗簾和遮陽(yáng)棚的控制；通過表計(jì)端口的485總線，與家庭的遠(yuǎn)傳電表、水表、燃?xì)獗砗蜔崃勘硐噙B接，實(shí)現(xiàn)采集、查詢、預(yù)警和自動(dòng)繳費(fèi)。這樣就組成了功能完備的智能家居系統(tǒng)。
如圖11所示，給出了本實(shí)用新型的智能控制器應(yīng)用于智慧教室控制的原理圖，智能控制器安裝智慧教室應(yīng)用軟件，通過485總線或Zigbee無(wú)線接入各種傳感器，智能輸出模塊等各種輸出設(shè)備，通過USB延長(zhǎng)器接入LED顯示系統(tǒng)；WiFi接入攝像頭，就可以組成一個(gè)完整的智慧教室系統(tǒng)。
智慧教室應(yīng)用軟件將一個(gè)以太網(wǎng)服務(wù)器地址設(shè)置為校園服務(wù)器，與教學(xué)系統(tǒng)及后勤管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)數(shù)據(jù)交互。
教學(xué)系統(tǒng)安排教室有課時(shí)，智能控制器通過智能輸出模塊或智能插座為教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)備加電。課程結(jié)束后可自動(dòng)關(guān)閉電源。
LED顯示系統(tǒng)由LED大屏幕顯示器拼接而成，安裝在教室黑板頂部?？刂破魍ㄟ^USB接口與之相連接，將時(shí)間、課程名稱、專業(yè)班級(jí)、任課老師、到課率和教室各種傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)（如室內(nèi)溫濕度、照度、二氧化碳濃度、PM2.5濃度）等信息傳輸?shù)斤@示器上進(jìn)行顯示。
人員考勤系統(tǒng)可以通過控制器的人體接近傳感器、攝像頭和人臉識(shí)別軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過由RFID考勤機(jī)、考勤卡和配套控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在教室前后門各安裝一個(gè)RFID考勤機(jī)，采用RFID標(biāo)簽（校園一卡通）對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)進(jìn)入教室的人員進(jìn)行身份識(shí)別，對(duì)合法用戶進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)非法用戶進(jìn)行告警。同時(shí)可上傳至教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程對(duì)考勤情況進(jìn)行監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)以及存檔打印等。
資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽等構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個(gè)特高頻讀卡器，設(shè)備通過RS-485總線或Zigbee無(wú)線與控制器相連接。資產(chǎn)管理軟件對(duì)教室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等資產(chǎn)（貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上存儲(chǔ)有設(shè)備的詳細(xì)信息）進(jìn)行出入教室的監(jiān)控與管理，并上傳至后勤資產(chǎn)管理系統(tǒng)。對(duì)未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進(jìn)行告警，方便設(shè)備管理人員對(duì)教室設(shè)備的統(tǒng)一管理。
照明控制系統(tǒng)由環(huán)境光照度傳感器、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、智能輸出模塊、智能調(diào)光模塊和電動(dòng)窗簾控制模塊等組成，這些設(shè)備通過485總線或Zigbee無(wú)線與控制器相連接。在智能照明控制軟件控制下，判斷教室內(nèi)對(duì)應(yīng)位置是否有人，或人數(shù)多少，照度是否滿足要求，由此來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)窗簾的開啟角度，照明燈具的開啟和關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照度的自動(dòng)控制。
空調(diào)控制系統(tǒng)由內(nèi)置溫濕度傳感器（也可外接）、人體感應(yīng)傳感器、人數(shù)傳感器、中央空調(diào)智能溫控器、智能輸出模塊、智能紅外轉(zhuǎn)發(fā)器、VRV網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成?？照{(diào)節(jié)能控制軟件通過溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度，進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)的使用時(shí)間、溫濕度閾值和是否有人員存在及人數(shù)多少，對(duì)各種類型的空調(diào)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)控制。
門窗監(jiān)視系統(tǒng)由無(wú)線門（窗）磁傳感器組成，采用Zigbee方式接入控制器，監(jiān)控軟件讀取門（窗）磁傳感器數(shù)據(jù)，檢測(cè)門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時(shí)上傳至服務(wù)器。同時(shí)在設(shè)置敏感時(shí)段，實(shí)施對(duì)窗戶的自動(dòng)監(jiān)視和報(bào)警。
通風(fēng)換氣系統(tǒng)由空氣質(zhì)量傳感器、智能輸出模塊、新風(fēng)機(jī)等組成，通過485總線或Zigbee無(wú)線接入控制器。監(jiān)控軟件監(jiān)測(cè)CO2和PM2.5濃度，根據(jù)預(yù)設(shè)值，當(dāng)室內(nèi)濃度高于閾值時(shí)自動(dòng)開啟新風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行換氣，通過補(bǔ)充清潔空氣來(lái)降低室內(nèi)CO2和PM2.5濃度。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無(wú)線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產(chǎn)出入庫(kù)、人員出入情況提供查詢依據(jù)。在教室前后門口各安裝一個(gè)WiFi無(wú)線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫(kù)情況，在教室內(nèi)安裝一個(gè)WiFi無(wú)線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實(shí)時(shí)情況，所采集的影像經(jīng)由控制器傳送至校園服務(wù)器，提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。