摘 要：本文提出了一種基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)，確定了總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為智能家居控制系統(tǒng)的控制核心，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很適合智能家居推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能家居 控制系統(tǒng) 嵌入式

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（b）-0032-01

智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做網(wǎng)絡(luò)家庭、電子家庭、家庭自動(dòng)化等等。智能家居首先由美國、歐洲等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家提出來的。其目標(biāo)就是：“通過家庭內(nèi)部的一個(gè)智能系統(tǒng)，將各種信息家電連接起來進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視控制”。

本文智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠的硬件是基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)的重要組成部分。我們做系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到它實(shí)現(xiàn)我們需要的各項(xiàng)功能，還要考慮到系統(tǒng)升級(jí)所需要的多端口和空間；還有，在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的時(shí)候，硬件設(shè)計(jì)還要兼顧到軟件設(shè)計(jì)的方便和易開發(fā)等條件。

本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)分為主機(jī)和分機(jī)兩個(gè)部分。主機(jī)采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機(jī)采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

主機(jī)MCU S3C2440采用了ARM920t 的內(nèi)核，0.13 um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。它低功耗，簡(jiǎn)單，全靜態(tài)設(shè)計(jì)非常適合于對(duì)智能家居這樣低成本、低功率設(shè)計(jì)的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu) （AMBA）。S3C2440的優(yōu)點(diǎn)是核心處理器（CPU），是一個(gè)由Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB 數(shù)據(jù)Cache。S3C2440為智能家居系統(tǒng)提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，減少整體系統(tǒng)成本和盡可能少的配置額外的組件。

本智能家居系統(tǒng)主機(jī)MCU S3C2440的外圍設(shè)備有人機(jī)接口LCD觸摸屏，用來發(fā)送指令或處理接受到的分機(jī)的指令；USB攝像頭是智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控單元，能實(shí)時(shí)的監(jiān)控周圍的環(huán)境，由于USB攝像頭監(jiān)控的視頻畫面所占存儲(chǔ)空間較大，所以我們還需外加存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)視頻畫面。

本智能家居系統(tǒng)主機(jī)與分機(jī)間的聯(lián)系采用Zigbee無線通信。Zigbee是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。這個(gè)協(xié)議規(guī)定的都是短距離、低功耗的一種曲線通信技術(shù)。Zigbee具有距離近、復(fù)雜度低、自組織、功耗低、數(shù)據(jù)低、成本低的特點(diǎn)。一般會(huì)被自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域使用，可以嵌入各種設(shè)備?？傊琙igBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

本系統(tǒng)采用的Zigbee技術(shù)有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，比如每人持有一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新，所以本系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)在一定范圍內(nèi)可完成實(shí)時(shí)通信；ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用動(dòng)態(tài)路由的方式，動(dòng)態(tài)路由，就是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，并決定它們的遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往預(yù)先確定的傳輸路徑，隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送，動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個(gè)問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；Zigbee技術(shù)使用網(wǎng)狀網(wǎng)通信方式，網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于各種原因，往往并不能保證每一個(gè)無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因?yàn)檐嚨?，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車輛（相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達(dá)目的地，而這一點(diǎn)對(duì)智能家居系統(tǒng)非常重要。

CC2430是一個(gè)真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4 GHz ISM波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。

CC2430使用的是基于低-中頻結(jié)構(gòu)之上的接收器，經(jīng)過低噪聲放大器將從天線接收的RF信號(hào)放大并且下變頻變?yōu)? MHz的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)通過濾波、放大，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。自動(dòng)增加控制，信道過濾，在數(shù)字領(lǐng)域完成解調(diào)，這樣會(huì)獲得高精確度，增加空間利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系統(tǒng)可以在集成模擬通道濾波器下良好共存。

位映射和調(diào)制在發(fā)射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的規(guī)范進(jìn)行的。利用數(shù)字方式完成調(diào)制（和擴(kuò)頻）。進(jìn)過D/A轉(zhuǎn)換器的被調(diào)制的近代信號(hào)再經(jīng)過單邊帶調(diào)制器的低通濾波和直接上變頻，轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)。最后，片內(nèi)功率放大器會(huì)把高頻信號(hào)發(fā)達(dá)到可以設(shè)計(jì)的水平。

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