一種基于Linux的智能家居聯(lián)網(wǎng)管理方案

　　引言

　　物聯(lián)網(wǎng)指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，組成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)。然后，將生活中的所有物品都納入這個網(wǎng)絡(luò)，方便識別和管理。通俗地說，互聯(lián)網(wǎng)的終端是人，而“物聯(lián)網(wǎng)”的終端是物品，每一件物品都有CPU、網(wǎng)絡(luò)地址和傳感器，物品與物品之間也可以傳遞信息、發(fā)送指令，其主要宗旨是讓所有物品與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動的、實時的對物體進行監(jiān)控、識別、定位、追蹤并觸發(fā)相應事件。

　　物聯(lián)網(wǎng)的興起，為智能家居提供了條件。如何通過簡化物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，最終開發(fā)出一套經(jīng)濟實用的支持多終端應用的智能家居物聯(lián)網(wǎng)平臺是非常有意義、有價值的工作。本系統(tǒng)基于Linux操作系統(tǒng)，開發(fā)了一套融合無線移動網(wǎng)絡(luò)、射頻識別裝置的智能家居控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有智能抄表、遠程開啟電器、射頻識別遠程遙控等功能。

　　1　系統(tǒng)概述

　　本系統(tǒng)采用S3C2440芯片作為主控制器，操作界面為4.3寸觸摸顯示屏。上電后，顯示屏顯示整個家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備，每個設(shè)備分別對應一個圖標，包括燈光控制、風扇、冰箱、電飯煲、燃氣流量采集等。點擊圖標進入該設(shè)備相應的詳細信息欄。進入燈光控制界面，可以方便地查看家中各房間亮燈情況，也可遠程通過短信方式控制各房間的燈的亮滅;燃氣使用情況可方便地發(fā)送至相關(guān)采集部門;坐在辦公室，一條短信可以將電飯煲電源接通。家居中各設(shè)備與主控平臺間選擇了2.4 GHz的無線射頻收發(fā)芯片nRF24L01，通過它可以實現(xiàn)各家居設(shè)備與主控平臺間的無線通信。主控平臺與外網(wǎng)的通信，采用的是德國西門子公司的 MC39i GSM/GPRS終端無線模塊。燃氣流量測量采用了美國矽翔微機電系統(tǒng)(上海)有限公司的MF4000系列氣體流量計燃氣流量計，智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖1　智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺是整個智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控與管理中心，它主要集成了無線通信模塊、射頻識別模塊、紅外感應模塊、觸摸顯示屏。該總控平臺一方面可以通過無線模塊接收到外部命令(例如：手機短信)，并通過射頻識別，控制對應的家居設(shè)備按指示工作，例如，打開電飯煲、空調(diào)或洗衣機。另一方面，各家居設(shè)備運行信息可以通過射頻模塊接收采集(例如采集燃氣讀數(shù)、水表讀數(shù)、電表讀數(shù)等)，處理后，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺，該平臺將數(shù)據(jù)分類處理后，可選擇有用數(shù)據(jù)發(fā)送至對應公司服務器(例如燃氣公司、供電局、水廠等)，實現(xiàn)自動抄表。

　　智能家居控制系統(tǒng)的中的每一個家居設(shè)備，都需要分別安裝一個射頻識別模塊，通過該模塊可以與嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺實現(xiàn)短距離無線通信。

　　2　射頻識別模塊

　　nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz世界通用ISM頻段的單片射頻收發(fā)器件。該射頻識別模塊可以實現(xiàn)多機通信，多機通信采用頻分多址的方法，只需要在接收端對不同的通道配置地址即可。發(fā)送端使用相應的地址作為本機地址。接收數(shù)據(jù)時通過讀取STATUS中相關(guān)位即可得知接收的是哪個通道的數(shù)據(jù)。射頻識別模塊內(nèi)包括：頻率發(fā)生器、增強型 SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道的選擇和協(xié)議可以通過對應的SPI接口進行設(shè)置。射頻識別模塊功耗低，當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6 dBm時，電流消耗為9.0 mA;接收模式時為12.3 mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。

　　nRF24L01在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)，nRF24L01在星形網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)如圖2所示。每一個數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道，也就是說6個不同的nRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式后可以與同一個設(shè)置為接收模式的nRF24L01進行通信，而設(shè)置為接收模式的 nRF24L01可以對這6個發(fā)射端進行識別。同一時刻，所有的數(shù)據(jù)通道都被搜索，但只能接

　　圖2　nRF24L01在星形網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)

　　收一路數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)。nRF24L01在確認收到數(shù)據(jù)后記錄地址，并以此地址為目標地址發(fā)送應答信號，在發(fā)送端數(shù)據(jù)通道0被用作接收應答信號，因此數(shù)據(jù)通道0的接收地址要與發(fā)送端地址相等以確保接收到正確的應答信號。