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        基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

        2018-02-25 06:21:08于海生馬傳翔邵松
        電子技術(shù)與軟件工程 2018年9期
        關(guān)鍵詞:硬件軟件

        于海生 馬傳翔 邵松

        摘要 社會的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的增長有效推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使得智能家居網(wǎng)關(guān)被廣泛的應(yīng)用到家庭生活當(dāng)中,為人們的生活帶來了便利?;诖?,本文以基于ARM平臺智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)為主要研究內(nèi)容,通過對智能家居網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì)的介紹,進(jìn)而深入探討了網(wǎng)關(guān)軟硬件的設(shè)計(jì)。

        【關(guān)鍵詞】ARM平臺 智能家居網(wǎng)關(guān) 軟件 硬件

        近年來,在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下,使得人們的生活逐漸向著家居智能化的方向發(fā)展。而在家居智能化內(nèi),智能家具網(wǎng)關(guān)是其中的重要組成部分,合理的對其進(jìn)行設(shè)計(jì),可以為家居智能化更好的運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

        1 基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)

        1.1 功能需求

        對基于ARM平臺智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要其存在無線路由器的功能,可以在用戶使用過程中,對電力傳輸協(xié)議、IEE 802.11協(xié)議等進(jìn)行變換。同時,該網(wǎng)關(guān)內(nèi),不僅需要其具有非常強(qiáng)大的處理能力,能夠在接受到信息后,第一時間對信息進(jìn)行處理,而且還要確保服務(wù)種類的多樣性,只有這樣,才會滿足客戶的多種需求。因此,在選擇主芯片時,以S3C6410處理器為主。

        1.2 主動與被動工作模式

        當(dāng)網(wǎng)關(guān)在主動模式下運(yùn)行時,可以根據(jù)之前設(shè)置的指令,直接對家電設(shè)備進(jìn)行操作,使其能夠按照用戶的要求運(yùn)行;當(dāng)網(wǎng)關(guān)在被動模式下運(yùn)行時,需要先通過相關(guān)的協(xié)議,對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理,使其變?yōu)閁PD格式后,在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播,以便主機(jī)能夠獲得這些信息。同時,主機(jī)接收到信息后,再次對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并傳輸?shù)诫娏鬏斁€上,使得室內(nèi)所有的設(shè)備,均能接收主機(jī)傳遞的信息,從而達(dá)到控制家電設(shè)備的目的,如圖1所示。在實(shí)際當(dāng)中,上述任何一種模式,都需要利用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行控制,通過網(wǎng)關(guān)卡將室內(nèi)與室外有效隔離起來。

        通過該圖可以發(fā)現(xiàn),從電氣設(shè)備到主機(jī)運(yùn)行時,工作原理為:

        (1)家電設(shè)備發(fā)出MAC信號,源地址為00,目標(biāo)地址為Ol;

        (2)網(wǎng)關(guān)接收信號,分析出相關(guān)數(shù)據(jù)DATA:

        (3)網(wǎng)關(guān)構(gòu)建UPD數(shù)據(jù)報,目標(biāo)端口為10;

        (4)針對圖1內(nèi)的表1,網(wǎng)關(guān)構(gòu)建報文,源地址為192.168.1.2,目標(biāo)地址為廣播地址;

        (5)對相關(guān)信息進(jìn)行傳遞;

        (6)主機(jī)對UDP進(jìn)行監(jiān)聽,主機(jī)接收到數(shù)據(jù);

        (7)主機(jī)根據(jù)獲得信息做出相應(yīng)動作。

        從主機(jī)到電氣設(shè)備運(yùn)行時,工作原理為:

        (1)主機(jī)生成相應(yīng)數(shù)據(jù)包DATA:

        (2)主機(jī)構(gòu)建UPD數(shù)據(jù)報,目標(biāo)端口為10;

        (3)針對圖l內(nèi)的表2,主機(jī)構(gòu)建報文,源地址為192.168.2.2.目的地址為192.168.1.2;

        (4)主機(jī)發(fā)出相關(guān)信息,并傳遞到默認(rèn)網(wǎng)關(guān):

        (5)網(wǎng)關(guān)對UDP進(jìn)行監(jiān)聽,獲得數(shù)據(jù)報;

        (6)網(wǎng)關(guān)獲取目標(biāo)地質(zhì);

        (7)網(wǎng)關(guān)分析用戶數(shù)據(jù),并針對圖l內(nèi)的表1,對MAC信息進(jìn)行組裝,目標(biāo)地址為00,源地址為01。

        1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        本文研究當(dāng)中,以S3C6410為主要的處理器,該處理器的內(nèi)核為ARM1176JZF-S,并伴有16/32位RISC,能夠同時與RAM與ROM連接。而且,該處理器還存在很多的SDIO接口與UART接口,不僅便于二次開發(fā),而且還方便各種形式的應(yīng)用。

        2 基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)

        2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

        智能家居網(wǎng)關(guān)的硬件當(dāng)中,主要由四核模塊構(gòu)成。

        (1)無線Wi-Fi收發(fā)模塊,該模塊內(nèi),選擇了AW-GM320為芯片,通過SDIO接口與CPU連接。同時PL3106通過串口,與處理器相連,通過單片機(jī)的編寫能力,使得芯片在整個網(wǎng)關(guān)當(dāng)中發(fā)揮出最大的作用。

        (2)電力傳輸模塊,

        (3)以太電路模塊,一般情況下,將電力傳輸模塊與以太電路模塊共同設(shè)計(jì),電路圖如圖2所示。

        網(wǎng)關(guān)發(fā)布信息時,首先根據(jù)實(shí)際配置情況,從PL3105處輸出信號,當(dāng)信號進(jìn)入三極管內(nèi),將會對其進(jìn)行一定的處理,提升信號的帶負(fù)載水平。而網(wǎng)關(guān)接收信息時,需要通過載波接收電路的方式,利用

        公式,對耦合載波信息進(jìn)行處理。此外,對TCP/IP協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)時,只要在串口處,將CPU與變壓器連接到一起,即可發(fā)揮出協(xié)議功能以及達(dá)到轉(zhuǎn)變電壓的目的。

        2.2 軟件流程設(shè)計(jì)

        對智能家居網(wǎng)關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時,主要以嵌入式Linux為主,通過其對網(wǎng)關(guān)內(nèi)進(jìn)程、設(shè)備等進(jìn)行控制。同時,在整個網(wǎng)關(guān)內(nèi),還以LinUx為中心,逐漸加入了多種應(yīng)用層協(xié)議程序模塊,如DHCP,RIP路由協(xié)議等。IP層內(nèi),需要先對信息進(jìn)行過濾,并通過服務(wù)器,對信息進(jìn)行解包、辨別等處理后,將信息傳遞給PL3106。同理,PL3106傳輸信息時,也要在服務(wù)器進(jìn)行處理后,才可以正常傳輸。

        3 總結(jié)

        綜上所述,在社會快速發(fā)展的背景下,智能家居網(wǎng)關(guān)得到了更加廣泛的應(yīng)用,通過該系統(tǒng)的應(yīng)用,不僅提高了家庭的安全性,同時還為人們的居住提供了更加良好的服務(wù)。基于此,本文利用以ARM1176JZF-S為內(nèi)核的S3C6410處理器為主,對智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了設(shè)計(jì),從而為智能家居網(wǎng)關(guān)更好的應(yīng)用與發(fā)展提供了重要幫助。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]胡國偉,陳光絨,李群等,基于ARM和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J],寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2015,34 (05):81-86.

        [4]王昌志,史志才,吳飛等,基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技,2017,30 (07): 79-82.

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