基于ARM和ZigBee的智能家居系统资料下载.pdf

1、高级微处理器；智能家居；Z i g B e e；网络仿真；码分多址中图法分类号：T P 3 9 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 7 0 2 4（2 0 1 1）0 6 1 9 8 7-0 4S m a r th o m es y s t e mb a s e do nA R Ma n dZ i g B e eW UW e n z h o n 9 1 L IW a n 1 e i 2（1 C e n t e ro fE x p e r i m e n t a lT e a c h i n g，G u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fF i n a

2、n c e，G u a n g z h o u510 5 21，C h i n a；2 D e p a r t m e n to fE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g，C o l l e g eo fI n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,J i n a nU n i v e r s i t y,G u a n g z h o u510 6 3 2，C h i n a）A b s t r a c t：F o rc o l l e c t i n gi n f o r m

3、a t i o no fe q u i p m e n t sa n da p p l i c a t i o n s，a n da l s ot r a n s m i t t i n gc o m m a n d s，as m a r th o m es y s t e mb a s e do nA R Ma n dZ i g B e ei sd e s i g n e d T h ee m b e d d e ds y s t e mC a nc o n t r o lt h et r a n s m i s s i o na n dd a t ap r o c e s s i n g

4、I tC a ni n t e r a c tw i t hI n t e m e ta n dC D M Ac e l l u l a rn e t w o r k s U s e r sc a nc o n t r o lt h es y s t e mn o to n l yb yt h ee m b e d d e dt e r m i n a l s，b u ta l s ot h el a p t o pa n dm o b i l ep h o n e F i n a l l y,e x p e r i m e n t so nt h ep e r f o r m a n c e

5、o f t h eZ i g B e en e t w o r ko r g a n i z e db yh o u s ee q u i p m e n t sa n da p p l i c a t i o n sa r ec a r r i e do u ta n dt e s t sa b o u tt h ev i d e ot r a n s m i s s i o no ft h ee m b e d d e dt e r m i n a l sa r em a d e R e s u l t ss h o wt h a tt h i ss y s t e mc a l lm e

6、 e tt h ed e m a n d so ft h ec o m m o ns m a r th o m ea p p l i c a t i o n s K e yw o r d s：A R M；s m a r th o m e；N S 2；C D M AO 引言随着人们对家居设施的要求越来越高，智能家庭和物联网成为了研究热点“卅。为了更好地使家居设备互联互通而形成一个系统以及实现对家居设施的有效控制，本文设计了一个基于A R M 9 的家居设备控制系统，该系统一方面可以通过对家居设施的有效控制实现节能环保和安全的家庭生活，另一方面通过方便的智能化操作提高人们生活质量，可满足家居系统的

7、一般应用需求。l 系统组成与硬件设计1 1 系统网络组成家居系统网络结构如图l 所示，主要包括4 种网络。Z i g B e e网络主要包括用于采集设备状态信息和环境参数的各种传感器，另外，用于和嵌入式系统沟通的转换控制电路主要实现对家居设施的状态采集以及信息传输。Z i g B e e 网络遵循图l家居系统网络结构I E E E 8 0 2 1 5 4 规范，具有高效经济的特点，功耗和复杂度都非常低，适合近距离和速率要求不高的场合，因此非常适用于家居设备间传输控制信息。基于A R M 9 的嵌入式系统组成的网络主体部分是基于s 3 e 2 4 4 0 的处理控制模块，负责对各种数据的处理并提

8、供方便的人机交互界面，还负责与各种网络进行通信，是智能家居系统的核心部分。I n t e r a c t 与蜂窝网为用户提供了远程访问控制家居系统的方式，例如用户可以在外出时用手机和笔记本电脑灯装置来监控家里各种设备的情况，在酬家前提前打开空调、热水器等电器，在忘记关掉某些设备收稿日期：2 0 1 0 0 7 2 2；修订日期：2 0 1 0 0 9 3 0。作者简介：吴文忠（1 9 6 8 一），男，广东潮州人，硕士，高级实验师，研究方向为Z i g B c e 网络、计算机网络；李万磊（1 9 8 2 一），男，湖北武汉人，硕士，研究方向为Z i g B e e 网络、网络多媒体。E-m

9、a i hw w z 9 8 8 8 1 2 6 c o m万方数据1 9 8 82 0 11，V 0 1 3 2，N o 6计算机工程与设计C o m p u t e rE n g i n e e r i n ga n dD e s i g n时可以远程控制关闭以节约电源；在早晨闹钟响起前几分钟自动打开遮光窗帘、咖啡机和热水器自动工作。同时用户也可以用C D M A 手机和I n t e r a c t 上的服务器进行交互操作。1 2 系统硬件框架本系统的硬件结构如图2 所示。安装在家居设备上的各种传感器和转换控制电路负责采集设备环境信息并控制具体的设备。信息的传递通过D i g iI n

10、t e r n a t i o n a l 公司生产的X B e e模块组建的Z i g B e e 网络来进行。Z i g B e e 技术基于I E E E 8 0 2 1 5 4标准，而该标准提供了动态信道选择、空闲信道评估等抗干扰机制。Z i g B e e 使用的频段为2 4 G H z，在距离大于l m 的范围不会对微波炉、无绳电话等家庭设备产生明显的干扰。X B e e 室内传输距离为1 0 0 m，接收灵敏度为1 0 2 d B m，功耗低，速率达2 5 0 k b p s，完全可满足设备间的通信需求，而且测试和配置都非常方便。摄像头负责对室内环境以及门口情况的监控，采集到的数

11、据交由s 3 c 2 4 4 0 处理，可以进行存储或者发送到互联网或者手机。S 3 C 2 4 4 0 作为主要的处理器和控制器，拥有4 0 0 M H z的C P U、6 4 M 的F L A S H 和“M 的S D R A M。音频口接音频设备进行语音播报提醒等，这些都由程序设置、控制。触摸屏负责进行人机交互，无线通信模块负责各个嵌入式终端之问的通信，这里采用D L i n k 公司的嵌入式无线网卡模块D W L G 1 2 2，它支持U S B 接1 2 1，基于I E E E8 0 2 1 l b g 组网，最大传输速率可达5 4 M b p s，可进行流畅的视频传输，它室内传输距

12、离可以达到1 0 0 米左右，网口还提供了与I n t e r a c t 的互联。S D 卡作为数据存储设备。总的来说，用户可以通过嵌入式终端上的界面来查看室内空调、热水器、电灯、窗帘、安防系统、电视等的使用状态，根据需要调整这些设备，还可以进行远程操作，这样可以有效节约时间和能源，安全性也更高。系统内部通过A S l l l 7 3 3 产生3 3 V 的电压。触摸屏选用N E C 公司生产的N L 2 4 3 2 H C 2 2 2 2 B，它是_ 款T F T 活动阵列色的L C D。视频模块采用中星微的视频采集芯片Z C 0 3 0 1。与蜂窝网互联采用C D M A 技术，它比G

13、S M 更先进、辐射小，传输速率可以达到G P R S 的3-4 倍。系统选择华为公司的E M 2 0 0 模块，它的接收灵敏度为1 0 6 d B m，提供l x U A R T 接口，速率达2 3 0 4 k b p s，内嵌T C P O P 协议，支持多链接，前向和后向数据传输速率均为1 5 3 6 k b p s，而且完全符合R O H S 环保认证的要求。通过U A R T 接口与中央处理器相连。宅调热水器，电灯窗帘冰箱电视风扇安全检测X B e c模块组成的控制与通信网络1 3 嵌入式开发平台搭建开发平台的搭建主要包括嵌入式L i n u x 系统的移植和整个硬件平台的建立。u

14、t u L i n u x 9 1 是扬创科技基于L i n u x2 6 内核，针对A R M 框架C P U 移植的嵌入式L i n u x 操作系统，本项目选用其针对s 3 c 2 4 4 0 的版本，该系统稳定可靠。整个开发平台用F e d o r a 9 0 作为宿主机系统，目标机则是以u t u l i n u x 作为开发板的操作系统。由于D W L G1 2 2 无线网卡模块采用的是r a l i n k 公司的R T 7 3 芯片，需从h t t p：w w w r a l i n k t e c h c o r n 网站上下载相应的L i n u x 驱动R T 7 3L

15、i n u x t a r b z 2。指定编译器及平台，指向嵌入式L i n u x 内核文件，需要修改M a k e f i l e 文件，加入对网络模块的支持，添加o b j m：=r t 7 3 O 语句，交叉编译，生成驱动模块r t 7 3 k o。在u t u 1 i n u x 下启动加载无线网卡驱动模块，命令如下：撑s b i n i n s m o dr t 7 3 k o#s b i n i 尼o n f i gr a u s b Oi n e t1 9 2 1 6 8 0 1 0 1u p然后进行驱动移植和网络配置，无线网络模块就可以正常工作了。从网上下载G S P C A（g e n e f i cs o f t w a r ep a c k a g ef o rc a n l e