基于ARM-Linux平臺及GPRS技術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、電源及復位模塊、LCD 觸摸屏及相關外圍電路組成。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 處理器功能強大、性價比高、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 存儲卡接口和攝像頭接口等大量的功能模塊，便于構建外圍電路，視頻處理能力非常強。系統(tǒng)采用64M 的NAND 型Flash K29F2808 來存放系統(tǒng)啟動代碼、內(nèi)核代碼及根文件系統(tǒng)；SDRAM 選用2 片HY57V561620CTP-H 構成容量為64MB 高速動態(tài)隨機存儲器。

　　2.2 ZigBee 模塊

　　為了滿足家庭智能系統(tǒng)簡潔、方便的要求，系統(tǒng)采用ZigBee 無線通信技術組建家庭網(wǎng)絡。ZigBee 是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術。ZigBee 模塊采用支持IEEE802.15.4 協(xié)議，技術成熟的CC2430 芯片。經(jīng)測試，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計的可行性。

　　2.2.1 Zigbee 抗干擾性能分析

　　ZigBee 技術的抗干擾特性主要是指抗同頻干擾。

　　IEEE802.15.4 標準中提供了很多抗干擾機制[2],比如：空閑信道評估，動態(tài)信道選擇，信道算法等。實驗證明，正確選擇信道，增大頻偏，ZigBee 與Wi-Fi可以近距離（小于2m）共存；藍牙采用調頻技術，對ZigBee 的干擾很小，兩者能很好的共存；WirelessUSB可以根據(jù)干擾環(huán)境自動變換信道，因此完全可以同ZigBee 共存；此外，為了減小無繩電話（2.4GHz）對ZigBee 的干擾，設計中ZigBee 設備放置在離客廳中心較遠的地方，使干擾源盡量遠離ZigBee 網(wǎng)絡，經(jīng)測試可行；當微波爐與ZigBee 設備距離大于1m 時，干擾則可以忽略不計。因此ZigBee 在2.4GHz 頻段能可靠地與Wi-Fi、藍牙、WirelessUSB 以及家用無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，包括運行（發(fā)送與接收）、空閑和休眠等。通過監(jiān)測傳感器節(jié)點的正常工作，發(fā)現(xiàn)節(jié)點大部分時間處于空閑狀態(tài)。而空閑模式的功率消耗與運行模式大體相同，收發(fā)模塊長期處于空閑模式會消耗大量能量。因此，當節(jié)點空閑時應使其處于休眠狀態(tài)。當需要節(jié)點工作時，通過外部中斷或定時中斷將其喚醒，進入運行狀態(tài)。本設計經(jīng)測試，系統(tǒng)運行一個月后，電池電壓變化輕微，實際應用中兩節(jié)普通5 號干電池使用壽命超過一年。

　　2.3 GPRS 模塊

　　GPRS（General Packet Radio Service），即通用分組無線服務技術，是一種以GSM 為基礎的數(shù)據(jù)傳輸技術。GPRS 采用分組交換技術，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171.2kbit/s,支持X.25 協(xié)議和IP 協(xié)議；用戶永遠在線且按流量、時間計費，通信成本低。因此，將GPRS技術應用于家庭智能控制系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸是最佳選擇。

　　GPRS 模塊主要功能是通過GPRS 網(wǎng)絡實現(xiàn)ARM控制器與戶主手機之間的數(shù)據(jù)交換。經(jīng)過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 無線接口；支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真等多種通信方式，采用TCP/IP 網(wǎng)絡協(xié)議進行通信，GPRS 數(shù)據(jù)包最高可達1.5K;GPRS 模塊與ARM 控制器采用AT 指令集通過串口進行數(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 芯片實現(xiàn)電平轉換，S3C2440 通過UART1 控制MC55,通過GPRS網(wǎng)絡采用短信或撥打電話的方式與用戶手機進行通信來實現(xiàn)對家庭智能系統(tǒng)的遠程控制。