基于ARM-Linux平臺(tái)及GPRS技術(shù)的家庭智能控制系統(tǒng)

2.1 ARM 中央控制模塊

　　ARM 中央控制模塊由ARM9 控制器、FLASH、SDRAM、電源及復(fù)位模塊、LCD 觸摸屏及相關(guān)外圍電路組成。系統(tǒng)選用SAMSUNG 的基于ARM920T 內(nèi)核的16/32 位RISC 處理器S3C2440 作為控制器。

　　S3C2440 處理器功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、功耗低，除具有一般嵌入式芯片所具有的總線、SDRAM 控制器以外，還具有豐富的擴(kuò)展功能接口，內(nèi)部集成了TFT/STN LCD 和觸摸屏控制器、SD MMC 存儲(chǔ)卡接口和攝像頭接口等大量的功能模塊，便于構(gòu)建外圍電路，視頻處理能力非常強(qiáng)。系統(tǒng)采用64M 的NAND 型Flash K29F2808 來(lái)存放系統(tǒng)啟動(dòng)代碼、內(nèi)核代碼及根文件系統(tǒng)；SDRAM 選用2 片HY57V561620CTP-H 構(gòu)成容量為64MB 高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

　　2.2 ZigBee 模塊

　　為了滿足家庭智能系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、方便的要求，系統(tǒng)采用ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)組建家庭網(wǎng)絡(luò)。ZigBee 是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee 模塊采用支持IEEE802.15.4 協(xié)議，技術(shù)成熟的CC2430 芯片。經(jīng)測(cè)試，室內(nèi)有效傳輸距離為30~40m,完全能夠覆蓋普通家庭環(huán)境。下面從抗干擾及功耗兩方面闡述本設(shè)計(jì)的可行性。

　　2.2.1 Zigbee 抗干擾性能分析

　　ZigBee 技術(shù)的抗干擾特性主要是指抗同頻干擾。

　　IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)中提供了很多抗干擾機(jī)制[2],比如：空閑信道評(píng)估，動(dòng)態(tài)信道選擇，信道算法等。實(shí)驗(yàn)證明，正確選擇信道，增大頻偏，ZigBee 與Wi-Fi可以近距離（小于2m）共存；藍(lán)牙采用調(diào)頻技術(shù)，對(duì)ZigBee 的干擾很小，兩者能很好的共存；WirelessUSB可以根據(jù)干擾環(huán)境自動(dòng)變換信道，因此完全可以同ZigBee 共存；此外，為了減小無(wú)繩電話（2.4GHz）對(duì)ZigBee 的干擾，設(shè)計(jì)中ZigBee 設(shè)備放置在離客廳中心較遠(yuǎn)的地方，使干擾源盡量遠(yuǎn)離ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)測(cè)試可行；當(dāng)微波爐與ZigBee 設(shè)備距離大于1m 時(shí)，干擾則可以忽略不計(jì)。因此ZigBee 在2.4GHz 頻段能可靠地與Wi-Fi、藍(lán)牙、WirelessUSB 以及家用無(wú)繩電話和微波爐共存。

　　2.2.2 Zigbee 功耗分析

　　ZigBee 模塊支持多種工作模式，包括運(yùn)行（發(fā)送與接收）、空閑和休眠等。通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的正常工作，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間處于空閑狀態(tài)。而空閑模式的功率消耗與運(yùn)行模式大體相同，收發(fā)模塊長(zhǎng)期處于空閑模式會(huì)消耗大量能量。因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)空閑時(shí)應(yīng)使其處于休眠狀態(tài)。當(dāng)需要節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，通過(guò)外部中斷或定時(shí)中斷將其喚醒，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)月后，電池電壓變化輕微，實(shí)際應(yīng)用中兩節(jié)普通5 號(hào)干電池使用壽命超過(guò)一年。

　　2.3 GPRS 模塊

　　GPRS（General Packet Radio Service），即通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)，是一種以GSM 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS 采用分組交換技術(shù)，支持資源共享，頻帶利用率高，數(shù)據(jù)傳輸率高。GPRS 最高傳輸率可達(dá)171.2kbit/s,支持X.25 協(xié)議和IP 協(xié)議；用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時(shí)間計(jì)費(fèi)，通信成本低。因此，將GPRS技術(shù)應(yīng)用于家庭智能控制系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸是最佳選擇。

　　GPRS 模塊主要功能是通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARM控制器與戶主手機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。經(jīng)過(guò)性能與成本的綜合考慮，系統(tǒng)選用西門子公司的MC55 GPRS 模塊。

　　MC55 集成了完整的射頻電路和GPRS 基帶處理器，提供了完整的GSM 和GPRS 無(wú)線接口；支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真等多種通信方式，采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，GPRS 數(shù)據(jù)包最高可達(dá)1.5K;GPRS 模塊與ARM 控制器采用AT 指令集通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖3 ARM 控制器與GPRS 模塊連接圖。

　　如圖3 所示，系統(tǒng)采用SP3238 芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，S3C2440 通過(guò)UART1 控制MC55,通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)采用短信或撥打電話的方式與用戶手機(jī)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭智能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。