基于ARM的智能家居控制系統

摘 要：本文提出了一種基于ARM的智能家居控制系統，確定了總體架構設計，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為智能家居控制系統的控制核心，硬件結構簡單，很適合智能家居推廣與應用。

關鍵詞：智能家居 控制系統 嵌入式

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0032-01

智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做網絡家庭、電子家庭、家庭自動化等等。智能家居首先由美國、歐洲等經濟比較發達的國家提出來的。其目標就是：“通過家庭內部的一個智能系統，將各種信息家電連接起來進行集中的或異地的監視控制”。

本文智能家居系統的設計，穩定可靠的硬件是基礎，也是系統的重要組成部分。我們做系統硬件設計的時候，要考慮到它實現我們需要的各項功能，還要考慮到系統升級所需要的多端口和空間；還有，在設計智能家居系統的時候，硬件設計還要兼顧到軟件設計的方便和易開發等條件。

本文設計的智能家居系統分為主機和分機兩個部分。主機采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統整體框圖如圖1所示。

主機MCU S3C2440采用了ARM920t 的內核，0.13 um的CMOS標準宏單元和存儲器單元。它低功耗，簡單，全靜態設計非常適合于對智能家居這樣低成本、低功率設計的應用。它采用了新的總線架構 （AMBA）。S3C2440的優點是核心處理器（CPU），是一個由Advanced RISC Machines 有限公司設計的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實現了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結構。這一結構具有獨立的16KB指令Cache和16KB 數據Cache。S3C2440為智能家居系統提供一套完整的通用系統外設，減少整體系統成本和盡可能少的配置額外的組件。

本智能家居系統主機MCU S3C2440的外圍設備有人機接口LCD觸摸屏，用來發送指令或處理接受到的分機的指令；USB攝像頭是智能家居系統的監控單元，能實時的監控周圍的環境，由于USB攝像頭監控的視頻畫面所占存儲空間較大，所以我們還需外加存儲器來存儲視頻畫面。

本智能家居系統主機與分機間的聯系采用Zigbee無線通信。Zigbee是無線傳感器網絡的新技術。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。這個協議規定的都是短距離、低功耗的一種曲線通信技術。Zigbee具有距離近、復雜度低、自組織、功耗低、數據低、成本低的特點。一般會被自動控制和遠程控制等領域使用，可以嵌入各種設備。總之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。

本系統采用的Zigbee技術有自動組網的功能，比如每人持有一個Zigbee網絡模塊終端，只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的Zigbee網絡，由于人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化，對原有網絡進行刷新，所以本系統的主機與分機在一定范圍內可完成實時通信；ZigBee網絡采用動態路由的方式，動態路由，就是指網絡中數據傳輸的路徑，并不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網絡當時可利用的所有路徑進行搜索，并決定它們的遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。在實際工業現場，往往預先確定的傳輸路徑，隨時都可能發生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送，動態路由結合網狀網拓撲結構，就可以很好解決這個問題，從而保證數據的可靠傳輸；Zigbee技術使用網狀網通信方式，網狀網通信實際上就是多通道通信，在實際工業現場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當于我們的控制數據）仍然可以通過其他道路到達目的地，而這一點對智能家居系統非常重要。

CC2430是一個真正的系統芯片（SoC）CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4 GHz ISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。它結合一個高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴頻）射頻收發器核心和一顆工業級小巧高效的8051控制器。CC2430在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器。

CC2430使用的是基于低-中頻結構之上的接收器，經過低噪聲放大器將從天線接收的RF信號放大并且下變頻變為2 MHz的中頻信號。中頻信號通過濾波、放大，然后經過A/D轉換器轉變成數字信號。自動增加控制，信道過濾，在數字領域完成解調，這樣會獲得高精確度，增加空間利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系統可以在集成模擬通道濾波器下良好共存。

位映射和調制在發射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的規范進行的。利用數字方式完成調制（和擴頻）。進過D/A轉換器的被調制的近代信號再經過單邊帶調制器的低通濾波和直接上變頻，轉變為射頻信號。最后，片內功率放大器會把高頻信號發達到可以設計的水平。

參考文獻

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