一種嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)路與Int ernet 以及GSM 網(wǎng)的互聯(lián)， 提出了一種嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的硬件平臺以ARM920T 核處理器S3C2440 為主處理器， 采用ZigBee 協(xié)議建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)， 而且通過以太網(wǎng)模塊和GSM 模塊接入外部網(wǎng)絡(luò)。軟件平臺采用Linux 操作系統(tǒng)， 通過交叉編譯設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用程序。最后， 以QtopiaCo re 為嵌入式GUI, 進(jìn)行家庭網(wǎng)關(guān)監(jiān)測應(yīng)用軟件的功能需求分析， 設(shè)計(jì)圖形用戶界面， 實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部信息的查詢?；贏RM9 和Linux 的嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)， 可擴(kuò)展性強(qiáng)， 數(shù)據(jù)處理速度快， 使用簡單， 能夠?qū)彝ゾW(wǎng)絡(luò)內(nèi)部多項(xiàng)環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測。

　　0 引言

　　智能家居系統(tǒng)是為適應(yīng)現(xiàn)代化家庭生活而形成的一個形式多樣化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是現(xiàn)代3C技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)）與傳統(tǒng)家居系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是家居信息化未來的發(fā)展方向。智能家居網(wǎng)絡(luò)通常包括智能家居網(wǎng)關(guān)，外部網(wǎng)，安防設(shè)備等。智能家居網(wǎng)關(guān)與其他4個部分連接，交互信息，對它們進(jìn)行統(tǒng)一的管理。此外，智能家居網(wǎng)關(guān)還接入外部網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠遠(yuǎn)程實(shí)時控制管理家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

　　在本文中，智能家居網(wǎng)絡(luò)是指應(yīng)用于家庭環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在家庭中，部署各種傳感器，例如紅外傳感器，煙霧傳感器，RFID門磁傳感器來監(jiān)測家庭的一些環(huán)境信息，這些傳感器通過自組織方式就構(gòu)建了智能家居網(wǎng)絡(luò)。所以本文設(shè)計(jì)的智能家居網(wǎng)關(guān)主要是實(shí)現(xiàn)WSN網(wǎng)絡(luò)與Internet以及GSM網(wǎng)的互連。顯然，智能家居網(wǎng)關(guān)是整個家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，主要實(shí)現(xiàn)Internet網(wǎng)，GSM網(wǎng)的接入，遠(yuǎn)程控制，以及實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換連接家庭內(nèi)部異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的功能。目前基于PC方案的家庭網(wǎng)關(guān)不僅成本高，而且要求計(jì)算機(jī)一直處于開機(jī)狀態(tài)，因此，對于普通的用戶，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)采用廉價的嵌入式CPU，若單是采用8位或者16位的單片機(jī)，由于速度慢且資源有限，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，效果不理想。

　　因此，以ARM920T核處理器S3C2440為主處理器，家庭內(nèi)部通過JENNIC 5139射頻模塊自組織無線網(wǎng)絡(luò)。GSM模塊選用Wavecom GSM模塊。此外，本文用Qt設(shè)計(jì)了用戶可操作的觸摸屏界面。

　　1 網(wǎng)關(guān)需求分析

　　網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主要功能是在現(xiàn)場及遠(yuǎn)程終端監(jiān)控家庭各個傳感器的工作狀態(tài)，并在異常時報(bào)警。各個傳感器將各自采集的信息，經(jīng)過JEN-NIC射頻模塊的無線傳輸，傳送到網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)上，通過嵌入式微處理器操作系統(tǒng)，將信息通過有線或者無線方式傳送到遠(yuǎn)程終端上或者用戶手機(jī)上。網(wǎng)關(guān)部署如圖1所示。

圖1 網(wǎng)關(guān)部署結(jié)構(gòu)圖

　　本文要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有以下3個：

　?。?）實(shí)現(xiàn)用戶在任何時間，任何地點(diǎn)通過遠(yuǎn)程無線的方式對家庭內(nèi)的環(huán)境信息查詢；

　　（2）對家庭內(nèi)部的環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)其中某一項(xiàng)參數(shù)超過一定指標(biāo)時，以遠(yuǎn)程無線方式通知用戶，發(fā)送報(bào)警信息；

　?。?）*遠(yuǎn)程終端的連接請求，當(dāng)有遠(yuǎn)程Socket連接時網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)。