基于AlteraFPGA智能识别可扩展电子管理系统方案内部.docVIP

基于Altera Nios II的智能识别可扩展电子管理系统 陈旻、王龙祥、王平 （云南大学 信息学院，昆明 650091） 概述 前言 可扩展智能电子管理系统，通俗的说，称为方便扩展的智能电子管家（以下简称系统），是建立在Altera公司可编程逻辑设计平台上的，基于FPGA的智能化家庭电子管理系统。是集嵌入式技术，通信技术，传感器技术，语音与图像处理技术于一体的智能电子系统。她不仅体现以往智能电子管家的方便性，实用性，更增加了易扩展的特性，使得用户可以更加方便的选择和扩展所需的功能。为实现个性化的电子管家系统，提供了一个更容易的方式。 系统概述与功能分析 可扩展智能电子管家强调功能模块的易扩展性，这是该系统与传统电子管家系统最大的区别所在。以往出现的电子管家均是一体化的设计，功能虽然强大，却不容易改变。当用户需求发生变化（比如家居结构发生变化，所需要用到的功能发生变化时），想要及时更新电子管家的功能并非易事。本系统建立在FPGA平台上，采用基于可编程逻辑设计的DE2平台开发，非常方便功能的及时更新。再加上系统架构设计之初，就将中央控制模块与各个功能模块相独立，并在系统中提供接口用于新功能模块的即插即用扩展。系统的总体结构如图所示： 在图一中，接口一，接口二等分别连接本系统中提供的各个功能模块。独立的功能模块独立完成各自的功能，比如视频监控模块的具体功能就只在该模块中完成，而自动闹铃提示功能就只在相应的功能模块中完成。若各个模块之间需要相互通信，则先通过与本功能模块相接的接口，再将通信信息交由中央控制模块处理，完成通信。中央控制模块统一管理各个功能模块的运行，包括控制信号的接收，处理，发送等工作，并监测各个接口的运行状况。当有功能需求发生变更时，将新增加的功能模块连接到未使用的接口，以此方式，实现新功能模块到已有系统的扩展。体现其方便性与新功能的易扩展性。 采用这样的系统架构可以使得更个模块相对独立，体现模块之间的松耦合性，和各功能模块内的高内聚性。 设计指导思想 本方案的设计指导思想就是以系统运行的稳定性为根本，体现系统的易扩展性，运用国内外先进技术，根据“以人为本，按需设计，量体裁衣”的原则，在设计思路上着重从保证系统的健全性，易用性，实用性的角度展开。 设计是工程的灵魂，优化设计环节对确保做好工程是至关重要的总体设计方案的指导思想是：功能适用、技术先进维方便、留有充分的可扩充余地和符合系统技术可持续发展的要求Vista 1.5 适用场所 家庭、宾馆、公司企业、居民小区、风景名胜区等。 系统功能模块介绍 系统概述 本系统实现智能电子管家系统，采用中央控制模块统一管理各个功能模块的 方式构建系统。各个功能模块通过与中央控制模块连接的接口接入到中央控制单元。中央控制模块提供接口定义功能模块与中央控制单元通信时需要的数据格式及相应的控制信息，负责协调和驱动各个功能模块，并检测各个接口，对接口进行统一的管理。 采用如此的架构，可以体现本系统最大的特性，即插即用式的功能扩展。当用户需要变更功能时，只需要将原有的，不再使用的功能模块卸载，然后接入新的功能模块就可使用新功能。中央控制模块会自动检测接口的使用情况，并读出连接在接口之上的功能模块标识，并将其加入自己的管理范围。只要新增加的功能模块接口满足中央控制模块连接的接口（系统提供接口）定义的规范，即可实现即插即用。系统整体框图见图一 中央控制模块 中央控制模块负责整个系统的总体控制逻辑，中央控制模块接收用户的请求信息，并通过对信息的分析、处理，并发送控制信号给相应的功能模块，驱动其工作，然后接收功能模块返回的信息，经过加工、处理，以判定是否完成用户请求的任务。中央控制模块包括以下几个功能，其功能结构图如图二所示： 远程控制信号接收模块 该子模块用于远程接收用户的控制命令。包括通过电话线路，或者无线的方式进行的信号传输。用户可以在办公室或其他地方通过电话机对家中的智能电子管家进行命令下达，或者变更指令等工作。而此时，用户的命令首先送到此模块进行分析、处理，然后再交由处理逻辑单元进行命令筛选和驱动相应功能模块工作。 用户也可以通过无线的方式，在不同地域对电子管家进行命令和指定计划。所有来自远程的用户控制命令都需要先到达此模块。以保证整个系统运行逻辑的完整性和协调性。 内部总线 内部总线为处理逻辑模块与接口组之间提供通信的桥梁，并连接中央处理模块内各个子模块，保证信号传输的途径畅通。接收到用户请求后，经过对命令的分析、过滤、筛选。处理逻辑通过内部总线向各个功能模块发送驱动信号，并控制其工作，以响应用户的命令请求。 内部总线要求实现驱动信号的优先级判定，通过读取请求信号的信息，判定控制信号发送的优先级别。 接收信号模块 接收信号模块用于接收各个功能模块的返回信息，并将其交由