嵌入式技術(shù)在智能家居終端控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　1 引言

　　智能家居是近幾年產(chǎn)生并迅速崛起的一種新型家居住宅，家居的智能化為住戶提供了一種更加安全、舒適、方便、快捷和開放的智能化、信息化的生活空間。它不僅已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)的綜合標(biāo)志之一，而且也是人類社會住宅發(fā)展的必然趨勢。

　　隨著EDA技術(shù)的高速發(fā)展，智能家居的實現(xiàn)也得到了更好的解決。本系統(tǒng)采用三星公司的S3C44B0X芯片，使用uC/OS-II實時操作系統(tǒng)以及先進(jìn)的藍(lán)牙無線通信技術(shù)給出了智能家居的一種合理的、高性能的實現(xiàn)。

　　2 總體方案設(shè)計

　　本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對智能家居的各部分進(jìn)行統(tǒng)一的控制，主要包括信息家電部分、環(huán)境控制（包括室溫，照明，窗簾等）部分、安防報警部分、遠(yuǎn)程操作部分。各部分又包含多個節(jié)點，每個節(jié)點即為通訊的一個終端。各節(jié)點之間相互獨立，某一個節(jié)點出現(xiàn)故障時不影響到其他節(jié)點的運(yùn)行。智能家居系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。

　　從圖中1可以看到，遠(yuǎn)程操作部分與主控制器以串口連接，家居中各節(jié)點與主控制器形成一個藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)相互通信，所以通過外部計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)就可以實現(xiàn)和主控制器的通訊從而實現(xiàn)對家居中各節(jié)點的控制。當(dāng)然也可以由主控制器來直接控制各節(jié)點的運(yùn)行，這樣更快捷。主控制器通過發(fā)送控制命令給節(jié)點，各節(jié)點收到命令后進(jìn)行相應(yīng)分析并做出相應(yīng)動作，然后返回最終的狀態(tài)給主控制器，主控制器再通過串口將各節(jié)點的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)或直接顯示到自帶的顯示液晶上。系統(tǒng)中各部分都預(yù)留有擴(kuò)展的節(jié)點，以備將來設(shè)備的增加。

　　3 硬件設(shè)計

　　3.1 藍(lán)牙技術(shù)

　　藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與數(shù)字通信的開放性規(guī)范，用微波無線通信技術(shù)取代數(shù)據(jù)電纜來完成點對點或點對多點短距離通信。藍(lán)牙技術(shù)的主要優(yōu)點有：可以隨時隨地用無線接口來代替有線電纜連接；具有很強(qiáng)的移植性，可用于多種通信場合；功耗低，對人體危害?。凰{(lán)牙集成電路應(yīng)用簡單，成本低廉，實現(xiàn)容易，易于推廣。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用了全球統(tǒng)一的頻率（ISM頻段）設(shè)置，ISM頻段是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻段，使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。因此藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。

　　藍(lán)牙協(xié)議棧如圖2所示。藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為4層：核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話傳送控制協(xié)議和可選協(xié)議。除了這些協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制器接口（HCI），它為基帶控制器、鏈路管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口。藍(lán)牙核心協(xié)議包括基帶、LMP、L2CAP、SDP。

　　在藍(lán)牙協(xié)議棧中，HCI以上部分通常用軟件實現(xiàn)，包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、串行仿真RFCOMM、電話替代協(xié)議和選用協(xié)議；而HCI以下部分則用硬件實現(xiàn)，包括基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議（LMP），這部分也叫藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的底層硬件模塊。

　　在家居控制器上使用藍(lán)牙技術(shù)主要是為了給家居控制器的各個功能模塊提供無線傳輸?shù)姆绞?，對藍(lán)牙的高層協(xié)議并沒有太大的需求，因此在家居中央控制器上可以采用藍(lán)牙模塊加開放藍(lán)牙協(xié)議的方式開發(fā)藍(lán)牙功能。綜合考慮成本、結(jié)構(gòu)等因素，信息家電可以采用藍(lán)牙模塊加單片機(jī)的方式實現(xiàn)藍(lán)牙功能。將整個藍(lán)牙核心協(xié)議棧移植到單片機(jī)中顯然不合實際?？梢圆捎眠@樣的開發(fā)方案：在藍(lán)牙HCI層的基礎(chǔ)上，根據(jù)信息家電信息傳輸?shù)膶嶋H需求，建立相關(guān)協(xié)議，利用單片機(jī)直接和藍(lán)牙硬件模塊交換HCI指令，實現(xiàn)信息交互。單片機(jī)采集信息家電的相關(guān)信息通過藍(lán)牙模塊發(fā)送出去，藍(lán)牙模塊也可以將接收到的命令用HCI指令傳遞給單片機(jī)執(zhí)行。

　　3.2 硬件平臺結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的硬件平臺主要是在EV44B0II開發(fā)板上實現(xiàn)的，它采用三星公司生產(chǎn)的S3C44B0X32位高性能芯片，具有很高的性價比，且能很好的滿足本系統(tǒng)的需求。藍(lán)牙通信模塊采用愛立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101007。該模塊是一款適合短距離無線通信的射頻/基帶模塊，集成度高、功耗小，完全兼容藍(lán)牙協(xié)議VersiON1 1，可嵌入任何需要藍(lán)牙功能的設(shè)備中。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。