基于S3C2440家庭網(wǎng)關設計方案(一)

　　在信息、通訊不斷發(fā)展的今天，隨著人類社會的進步和科學技術的迅猛發(fā)展，及國內(nèi)消費者生活水平的不斷提高，人們更加注重生活質(zhì)量，對生活的舒適度有了更高的要求。而家電的性能對人們生活的舒適度有著直接的影響。家電遠程控制系統(tǒng)使人們可異地控制家庭內(nèi)部設備，拓展了人們的生活空間，為人們管理家庭設備提供了方便的手段。但由于很多普通家電卻不具備智能控制所需的條件，為了實現(xiàn)對普通家電的智能控制，需要設計一個中間設備--家庭網(wǎng)關。

　　本系統(tǒng)應用現(xiàn)階段流行的ARM9 系列微處理器芯片和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)進行了家庭網(wǎng)關的軟硬件設計，利用人們隨身攜帶的手機與家庭網(wǎng)關進行短信通信，并在家庭網(wǎng)關的控制下，實現(xiàn)對家電的遠程控制。

　　1 家庭網(wǎng)關整體結構

　　遠程家電控制系統(tǒng)一般可以劃分為外部網(wǎng)，家庭網(wǎng)關和內(nèi)部網(wǎng)三個部分。而家庭網(wǎng)關是家庭內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)的連接樞紐，也是整個系統(tǒng)的核心設備，整個系統(tǒng)構成圖如圖 1 所示。用戶使用手機發(fā)送家電控制短信到家庭網(wǎng)關，經(jīng)過家庭網(wǎng)關的處理將其轉(zhuǎn)換為遙控器紅外指令，發(fā)送給各個分控節(jié)點驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)送紅外指令對該設備進行控制，從而實現(xiàn)手機遠程控制家電的功能。

　　圖1 系統(tǒng)構成圖

　　2 家庭網(wǎng)關的實現(xiàn)

　　家庭網(wǎng)關中央處理器的選擇有多種方案，但考慮到家庭網(wǎng)關的功能、成本以及以后的升級，本課題決定采用三星公司的S3C2440A 處理器作為家庭網(wǎng)關的中央處理單元。S3C2440 主要面向手持設備以及高性價比、低功耗的應用，S3C2440A 提供一組完整的系統(tǒng)外圍設備，從而大大減少了整個系統(tǒng)的成本，省去了為系統(tǒng)配置額外器件的開銷，通過外擴存儲器（SDRAM/Flash）、觸摸屏、短信接收模塊、遙控器自學習模塊、Zigbee 模塊來構建家庭網(wǎng)關的硬件平臺，其系統(tǒng)結構如圖 2 所示。家庭網(wǎng)關所具有的功能包括：

　　遙控器紅外指令的對碼學習、短信的接收及處理、家庭內(nèi)部網(wǎng)的主節(jié)點。

　　圖2 家庭網(wǎng)關系統(tǒng)結構圖

　　2.1 遙控器自學習模塊

　　家庭中的家電普遍采用紅外遙控設備，要控制家電就要知道所對應的紅外遙控碼。遙控器紅外脈沖碼一般由引導碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)碼反碼和結果碼組成。由于各個公司生產(chǎn)的紅外編/解碼芯片采用的編/解碼方式和脈寬周期不同，導致了市場上的各類遙控器的功能互不兼容。為了能擁有各種遙控器的遙控功能，首先必須要正確地原樣接收并存儲遙控器的紅外脈沖碼，為此設計了紅外遙控接收模塊，接收遙控器的紅外指令并保存在SQlite 數(shù)據(jù)庫。
2.1.1 硬件設計

　　一般紅外遙控接收電路要包括紅外接收二極管（光敏二極管）、前置放大電路、濾波器、檢波解調(diào)電路等處理電路。但是隨著技術發(fā)展，紅外接收專用集成電路逐漸被紅外接收頭所代替，紅外接收頭是一種三端集成器件，它將紅外接收二極管、前置放大電路以及解調(diào)電路等集成在同一芯片上。本設計采用紅外一體化接收頭TL538，它具有寬電壓適應、功耗低、成本低、高接收靈敏度以及優(yōu)良的抗干擾特性，是通用接收紅外信號并解調(diào)的元件，不需要任何外接元件，就可以完成從紅外線接收到輸出TTL 電平的數(shù)字信號，目前廣泛的應用于家用電器及玩具等各種紅外遙控和紅外接收裝置中。

　　紅外一體化接收頭接收到的紅外脈沖信號解調(diào)成合適電平的數(shù)字脈沖基帶信號，直接送到S3C2440A 的GF2 引腳進行采集，紅外接收電路原理圖如圖3 所示。

　　圖3 紅外信號接收電路原理圖

　　2.1.2 軟件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件實現(xiàn)紅外脈沖信號的接收和存儲，GF2是個復用端口，要把它設置為外部中斷功能，中斷設置模式為雙沿中斷，實現(xiàn)紅外脈沖信號的接收。程序流程圖如圖 4 所示。

　　圖4 紅外接收程序流程圖

　　設計采用定時器對信號高低電平計時的方法來采集數(shù)據(jù)，TL538 在無紅外信號時一直處于高電平，當紅外信號到來時，有一個下降沿，觸發(fā)外部中斷，系統(tǒng)啟動內(nèi)部定時器，當再次觸發(fā)外部中斷時，讀取計數(shù)器的值，然后依次讀取計數(shù)器的值。由于一條紅外指令的長度不會超過220ms，如果采集到編碼信號的長度大于220ms，就認為編碼采集已經(jīng)結束，觸發(fā)定時器溢出中斷，關閉定時器，計算計時器每兩個計數(shù)的差值（紅外脈沖信號的脈寬值），這樣紅外脈沖信號就被原封不動的全部記憶。

　　為了方便調(diào)用遙控器的紅外脈沖信號，要將其接收到紅外碼保存，而保存數(shù)據(jù)就需要一個嵌入式的數(shù)據(jù)庫，在目前Linux 下常用的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中，Oracel、BIMDB 等功能強大，但系統(tǒng)寵大，需付費使用，適用于大型商業(yè)型數(shù)據(jù)庫。而MysQL 在保持中等體積的情況下，提供了較為適用的功能己成為中小規(guī)模數(shù)據(jù)庫應用的首選，但商業(yè)應用也需付費，而且對于嵌入式系統(tǒng)來說空間占用仍然太大。小型數(shù)據(jù)庫msQL 適用于嵌入式系統(tǒng)，但只有30 天的使用期限，并非完全開源。而在開源的數(shù)據(jù)庫中，PostgreSQL 功能完善，但體積較大。而Berkeley DB 則是開發(fā)難度比較大。