基于ARM9智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告基于ARM9智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：這是一套綜合性智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)包含家電控制模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，安全報(bào)警和預(yù)處理模塊等一系列智能家居系統(tǒng)核心部分。本系統(tǒng)以ARM9微處理器為核心，采用ZigBee等無(wú)線通信技術(shù)，綜合布線技術(shù)組成家庭無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合家電控制端模塊與高度靈敏的傳感器，達(dá)到準(zhǔn)確操作和實(shí)時(shí)通信的效果。本設(shè)計(jì)有功能豐富，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能家居，嵌入式系統(tǒng)，GPS，ZigBee1.引言 智能家居是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和傳感技術(shù)等，按照人體工程學(xué)原理，把家居生活里的各種電子設(shè)備有機(jī)的結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能管理和控制的一種嵌入式系統(tǒng)。

2、通信、電子、傳感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，家居生活里的電子產(chǎn)品不但種類越來(lái)越豐富，功能更加完善，應(yīng)用也更加普遍，而且越來(lái)越智能化，最普遍的家居生活電子產(chǎn)品種類達(dá)到數(shù)百種，實(shí)現(xiàn)對(duì)如此多的家居電子產(chǎn)品的綜合控制是智能家居發(fā)展的趨勢(shì)。文中提出基于ARM9的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)，是以ARM9微處理器為核心 ，結(jié)合GPRS和ZigBee通信技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的需要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電子設(shè)備進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程兩種方式的無(wú)線控制，本地控制是指在本地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種家居電器的監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制是指用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種家居電器的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，這兩種控制方式

3、的結(jié)合將給我們的工作和生活帶來(lái)極大的便捷，是未來(lái)智能化家居生活發(fā)展的必然趨勢(shì)。（1） 研究背景智能家電是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。近年來(lái)隨著信息化的普及應(yīng)用，通訊的高層次化與自由化、業(yè)務(wù)量急速增加，以及人類對(duì)工作、生活環(huán)境的安全性、效率性、舒適性要求的提高，對(duì)家居智能化提出了強(qiáng)勁需求；此外在技術(shù)方面，由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)的飛速進(jìn)步，也促進(jìn)了智能家居的發(fā)展。目前通常把智能家居定義為利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子控制技術(shù)，通過(guò)家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，首先它們都要在一個(gè)家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息

4、提供所需的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過(guò)相應(yīng)的硬件和執(zhí)行體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接在家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的監(jiān)控。其次，它們要通過(guò)一定的系統(tǒng)界面平臺(tái)，構(gòu)成與外界的通訊通道，實(shí)現(xiàn)與家庭以外的網(wǎng)絡(luò)互通信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視和交換信息的，最終滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的越來(lái)越高的需求。 進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字化技術(shù)取得了更加迅猛的發(fā)展并日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域。隨著Internet網(wǎng)向普通家庭生活不斷擴(kuò)展，消費(fèi)電子、通訊、計(jì)算機(jī)一體化趨勢(shì)日趨明顯，智能化信息家電產(chǎn)品已經(jīng)開始步入社會(huì)和家庭。智能家居在我國(guó)已經(jīng)歷了7年的發(fā)展。智能家居涉及不少行業(yè)領(lǐng)域：電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、建筑裝飾等，在

5、實(shí)際需求確定中最重要的一點(diǎn)不是智能化如何先進(jìn)，產(chǎn)品如何高檔，而是智能家居系統(tǒng)怎樣與家居環(huán)境有機(jī)融為一體。智能家居怎樣做到實(shí)用、易用、人性化，真正提高人們的生活品質(zhì)，才是智能家居的發(fā)展方向。（2） 國(guó)內(nèi)、外智能家居的發(fā)展與現(xiàn)狀 早在1979年，美國(guó)斯坦福研究所就提出了在建筑物內(nèi)將家用電器、電器設(shè)備的控制線統(tǒng)一為家庭總線的概念。之后，在美國(guó)成立了現(xiàn)代住宅研究會(huì)，專門從事這一頓域的研究。1983年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)開始制定家用電器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1984年，第一幢智能建筑在美出現(xiàn)后，美國(guó)住宅建筑者協(xié)會(huì)成立了現(xiàn)代住宅開發(fā)公司，開始有關(guān)基礎(chǔ)性研究工作，并在1989年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通信合成一

6、個(gè)整體的布線系統(tǒng)示范單元。在這期間，智能住宅的概念在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的認(rèn)同和發(fā)展。歐洲在1985年把集成化的家居系統(tǒng)研究列為尤利龍計(jì)劃，大力進(jìn)行該方面的研究。在上世紀(jì)80年代，歐洲電器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定了家用數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)劃了智能住宅的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 在東南亞，新加坡的智能建筑技術(shù)研究處于領(lǐng)先水平，如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，已經(jīng)用于30多個(gè)住宅小區(qū)。在“亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)展覽會(huì)”上展示的“未來(lái)之家”，其智能品質(zhì)受到人們的普遍關(guān)注。 由于我國(guó)的房地產(chǎn)，自動(dòng)化技術(shù)等起步較晚，對(duì)智能住宅的研究剛剛起步，但己經(jīng)引起了有關(guān)部門的高度重視。有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表明，全球家庭智能化市場(chǎng)的年平均增長(zhǎng)率

7、為8，家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)總額為57億美元，智能家居產(chǎn)品銷售額達(dá)到140億美元。為了搶奪這塊“蛋糕”國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)紛紛試水該產(chǎn)業(yè)，包括TCL、海爾、清華同方等大型企業(yè)利用品牌優(yōu)勢(shì)系入該產(chǎn)業(yè)，而數(shù)干家中小企業(yè)也一日益成為行業(yè)中的生力軍。業(yè)界人士認(rèn)為，制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展有“三道坎”：一是由于智能家居產(chǎn)業(yè)國(guó)家還沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多中小企業(yè)各自為政，相互間的產(chǎn)品不具兼容性；第二，由于技術(shù)人員投有做深入的市場(chǎng)調(diào)查，開發(fā)出的產(chǎn)品雖然技術(shù)上具有先進(jìn)性，但實(shí)用性差，操作復(fù)雜，與市場(chǎng)需求脫節(jié)：第三，由于技術(shù)上需要投入大量研發(fā)資金，一些中小企業(yè)沒(méi)有能力持續(xù)創(chuàng)新，更難形成規(guī)模生產(chǎn)，造成產(chǎn)品價(jià)格居高不下。總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)智能家居

8、信息化有著廣泛的市場(chǎng)前景，研究適合于中國(guó)國(guó)情的智能家居系統(tǒng)必然有著巨大的市場(chǎng)前景。（3） 系統(tǒng)的需求分析 經(jīng)過(guò)前幾年各商家、媒體對(duì)家居智能化概念性的宣摶，現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)智能家居產(chǎn)品已經(jīng)不斷熟悉。有關(guān)調(diào)查顯示，消費(fèi)者已經(jīng)接受了智能家居這一產(chǎn)品的概念且有購(gòu)買意向。而在家電控制產(chǎn)品價(jià)格方面絕大多數(shù)的消費(fèi)者的承受價(jià)位在5000元以內(nèi)，近l3的消費(fèi)者承受價(jià)位在2000元以下。然而時(shí)至今日，國(guó)內(nèi)廠家自行研制、開發(fā)的智能家居產(chǎn)品不太成熟，而有一些國(guó)外的知名品牌由于價(jià)格太高，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。所以智能化家居產(chǎn)品的確蘊(yùn)涵了無(wú)限商機(jī)。但是要真正挖掘如此大的市場(chǎng)，則需要研究消費(fèi)者的深層需求哪。 嵌入式技術(shù)在最近

9、幾年得到了廣泛的發(fā)展。嵌入式處理器的性能得到了顯著的提高，這就為以嵌入式為基礎(chǔ)的智能化家居系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)，使較復(fù)雜的檢測(cè)和識(shí)別算法在系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設(shè)備的軟件，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)的難度降低。出現(xiàn)了大量專注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。同時(shí)智能化家居的概念也更加明確。相關(guān)的智能化技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，使開發(fā)能獲得大量先進(jìn)的資料。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，寬帶網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)迅速擴(kuò)展。許多新建住宅小區(qū)都將以太網(wǎng)鋪設(shè)到了用戶家庭，使得整個(gè)小區(qū)的居民通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶上兩成為可能。同時(shí)，隨著社區(qū)服務(wù)的完善。智能小區(qū)需要通過(guò)一個(gè)安裝在每個(gè)家庭

10、的終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、物業(yè)管理、三表傳送、緊急求助等功能。以往，這樣的信息終端和社區(qū)服務(wù)中心通過(guò)鋪設(shè)專線，如485總線來(lái)進(jìn)行連接，工程量大，故障率高，且由于只能采取主機(jī)輪循方式而效率較低。如果能夠利用已經(jīng)鋪設(shè)到用戶家庭的、現(xiàn)成的、穩(wěn)定的以太網(wǎng)絡(luò)組建社區(qū)綜合服務(wù)體系是一項(xiàng)非常有意義的事情。而目前基于以太網(wǎng)的信息終端通常采用32bit的微處理器和Linux等通用操作系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)開發(fā)周期短、功能強(qiáng)、信息交換速率高、但致命的是成本太高，這也是一直在國(guó)內(nèi)無(wú)法推廣的主要問(wèn)題。因此，向智能小區(qū)的每個(gè)住宅提供一個(gè)基于16/32位MCU連接以太網(wǎng)的低成本信息終端。不僅具有實(shí)用價(jià)值，而且市場(chǎng)前景也相當(dāng)廣闊。

11、2.無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能ZigBee 設(shè)計(jì)中提出的基于ARM9的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)主要包括ARM9核心控制模塊，無(wú)線通信模塊、LCD觸摸屏模塊和家居電器，另外還有傳感檢測(cè)，語(yǔ)音報(bào)警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模型圖如圖1所示。LCD顯示模塊傳感器模塊語(yǔ)音報(bào)警模塊ARM9控制核心S3C2440GPRS通信手機(jī)模塊電源模塊 計(jì)算機(jī)圖1 結(jié)構(gòu)模型圖 ARM為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)GPRS和ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器進(jìn)行綜合監(jiān)控，同時(shí)提供防火墻的功能，阻止外界對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備的攻擊和非法訪問(wèn)。無(wú)線通信模塊分為本地和遠(yuǎn)程兩部分，本地通信主要通過(guò)新型的ZigBee無(wú)

12、線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達(dá)到對(duì)其控制；遠(yuǎn)程通信是利用手機(jī)通過(guò)GPRS通信網(wǎng)絡(luò)或利用計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進(jìn)而達(dá)到對(duì)家居電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。采用無(wú)線通信技術(shù)省去了布線使家居布局更加靈活，遠(yuǎn)程控制使家居電器工作更加貼近人們的工作和生活要求。（1）智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括： 家居電器綜合監(jiān)控：對(duì)所控制的家居電器進(jìn)行開關(guān)、工作參數(shù)的設(shè)置和工作狀態(tài)的檢測(cè)。安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對(duì)某設(shè)備進(jìn)行操作，或某設(shè)備工作狀態(tài)異常時(shí)，系統(tǒng)將立即通知主人，以達(dá)到安全和防盜的目的。 自動(dòng)報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標(biāo)，

13、或檢測(cè)到有陌生人強(qiáng)行開啟室門或進(jìn)入室內(nèi)時(shí)就自動(dòng)報(bào)警，告知居室主人。室內(nèi)環(huán)境信息采集：采集家居環(huán)境的溫度、濕度信息和煤氣、煙氣等有毒氣體的檢測(cè)。遠(yuǎn)程控制：用戶遠(yuǎn)程可以通過(guò)手機(jī)短息或互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家居電器進(jìn)行控制或工作狀況查詢。本地控制：用戶在本地可通過(guò)計(jì)算機(jī)或家居電器本身的操作鍵對(duì)家居電器進(jìn)行監(jiān)控。（2）系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9微處理器、ZigBee通信技術(shù)、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)、LCD觸摸屏、語(yǔ)音報(bào)警和電源等模塊組成。ARM9微處理器微處理器我們采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440是一款高性能32位的RISC微處理器, 采用了ARM920T 內(nèi)核，0.1

14、3um 的CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，最高主頻可以達(dá)到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16Kb 指令Cache 和16Kb 數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都是由具有8 字長(zhǎng)的行組成。通過(guò)提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，無(wú)需配置額外的組件從而減少整體系統(tǒng)成本，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。應(yīng)用范圍：ARM9處理器是多種應(yīng)用中先進(jìn)數(shù)字產(chǎn)品的核心ARM9系列處理

15、器可為要求苛刻、成本敏感的嵌入式應(yīng)用提供可靠的高性能和靈活性。豐富的DSP擴(kuò)展使SoC設(shè)計(jì)不再需要單獨(dú)的DSP。此外，PPA特別適合各種應(yīng)用。   消費(fèi)品 智能手機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、PMP、電子玩具、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等。聯(lián)網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng)、802.11、藍(lán)牙、Firewire、SCSI、2.5G/3G基帶等。汽車，電力火車、ABS、車身系統(tǒng)、導(dǎo)航、信息娛樂(lè)等。嵌入式 USB控制器、藍(lán)牙控制器、醫(yī)用掃描儀等。存儲(chǔ)硬盤控制器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器等。性價(jià)比：從單一設(shè)計(jì)到永久擁有采用多種處理器授權(quán)使用方式提供單次使用許可、多期許可和永久使用許可也可以硬宏形式提供，從而縮短上市時(shí)間，降低設(shè)計(jì)

16、風(fēng)險(xiǎn)。體系：在Connected Community中，有650多名成員支持ARM9處理器。業(yè)界范圍廣泛的編譯器、調(diào)試器和RTOS工具體系眾多設(shè)計(jì)服務(wù)合作伙伴可幫助完成設(shè)計(jì)任務(wù)大量第三方IP可與處理器集成。 特點(diǎn)：基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)   高效的5 階段管道，可增加吞吐量和提高系統(tǒng)性能   提取/解碼/執(zhí)行/內(nèi)存/寫回   同時(shí)支持ARM 和Thumb®指令集   高效 ARM-Thumb交互操作允許最佳組合性能和代碼密度   哈佛體系結(jié)構(gòu)

17、-獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存接口   增加了可用內(nèi)存帶寬   同時(shí)訪問(wèn)I & D內(nèi)存   改進(jìn)了性能   31 x 32位寄存器   32 位ALU 和桶式移位器   增強(qiáng)型 32 位 MAC塊   CoreSight ETM9 接口用于增強(qiáng)型調(diào)試和跟蹤功能   標(biāo)準(zhǔn)AMBA® AHB接口 

18、60; 協(xié)處理器接口內(nèi)存控制器內(nèi)存控制器無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) GPRS網(wǎng)絡(luò)是覆蓋范圍最廣，性能較為完善的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)128Kb/s，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。ZigBee技術(shù)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低；采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K體積小、功耗低，適合作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，ZigBee技術(shù)與GPRS通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合組成新的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。 GPRS DTU無(wú)線通信模塊采用成都眾山電子有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110是一款使用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)線透明傳輸

19、的嵌入式DTU模塊。內(nèi)置工業(yè)級(jí)GPRS引擎和嵌入式處理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和SOCKET標(biāo)準(zhǔn)，提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸兩種模式。同時(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關(guān)心復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用TTL串行通信接口，就可以進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，使系統(tǒng)能夠隨時(shí)隨地接入Internet。ZigBee技術(shù)是一種新型的無(wú)線、短距離、低功耗組網(wǎng)通訊技術(shù)，具有低復(fù)雜度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，工作在免費(fèi)的2.4GHz-2.5GHzISM微波段，具有較強(qiáng)的抗干擾性和設(shè)備聯(lián)絡(luò)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)1500

20、m的全向識(shí)別，傳輸速率最高可達(dá)10M bit/s，它支持3種主要的自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型，即星狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和族狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性?；谝陨咸攸c(diǎn)ZigBee廣泛應(yīng)用于智能家居控制、工業(yè)控制系統(tǒng)。本文采用的CC2430是一種真正的系統(tǒng)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(chǔ)的2.4GHz ISM波段應(yīng)用及對(duì)低成本，低功耗的要求，它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心，ZigBee核心模塊圖如圖2所示。圖2 ZigBee核心模塊圖ZigBee是一種新興的短距離，低功耗，

21、低數(shù)據(jù)數(shù)率，成本低，低復(fù)雜度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)；ZigBee有三個(gè)可以使用頻段，國(guó)內(nèi)采用2.4G的ISM頻段；ZigBee無(wú)線的傳輸帶寬在20-250kbps范圍，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的傳輸；ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量達(dá)到65535個(gè)，具有非常大的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)ZigBee的作用：無(wú)線控制或無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組件PAN；設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊；無(wú)線控制燈，開關(guān)。溫控器，電氣用具等。應(yīng)用：ZigBee作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)在生產(chǎn)生活中也有許多應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)，工業(yè)，電子，以及人們的家庭生活。給人們的生活和工作以及社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了很大的便利。如圖3所示。消費(fèi)電子工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)TVVCRCD監(jiān)

22、視傳感器Pc機(jī)的外圍設(shè)備個(gè)人健康監(jiān)護(hù)低速無(wú)線設(shè)備鼠標(biāo)鍵盤監(jiān)視診斷器 家庭自動(dòng)化玩具和游戲 保安，HVAC，照明玩具，游戲器具 圖3 ZigBee應(yīng)用框圖傳感器與顯示模塊 傳感器包括煤氣、煙霧等有毒氣體檢測(cè)器，人體紅外探測(cè)器，門窗磁開關(guān)，溫度、 濕度、光照度傳感器等，所有的傳感器都與無(wú)線傳輸模塊P1R2000連接，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)并與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。顯示模塊選用低電壓低功耗的LCDl2832液晶顯示屏，LCDl2832是一款分辨率為128×32的中英文圖形液晶（黃色背光）顯示模塊，具有4位/8位并行2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部置有8192個(gè)16×16點(diǎn)陣的一級(jí)、二

23、級(jí)簡(jiǎn)體漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集，用來(lái)顯示8×2行16×16點(diǎn)陣的漢字對(duì)話信息，構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面并顯示當(dāng)前時(shí)間、日期、星期、濕度、溫度、定時(shí)提醒等信息和煤氣等有毒的含量超標(biāo)時(shí)報(bào)警提示的輸出信息。3.智能家居控制系統(tǒng)硬件部分本系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將手機(jī)與ARM9建立聯(lián)系，采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)ARM9與STC89C52的通信，再通過(guò)STC89C52實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制。系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)如圖4所示。ARM9網(wǎng)絡(luò)模塊互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)ZigBeeSTC89C52GSM家電圖4 系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)（1）控制單元設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的處理器可以分為兩類：一類是作為整個(gè)系統(tǒng)的信息

24、交換中心和網(wǎng)絡(luò)通信接口的中央控制器，需要性能較高的芯片，這里采用ARM9系列的S3C2410微控制器;另一類則是作為家電控制器使用的，不需要很快的運(yùn)算速率和很大容量的內(nèi)存，這里選用STC89C52單片機(jī)。（2）天然氣泄漏報(bào)警及預(yù)處理電路當(dāng)天然氣發(fā)生泄漏時(shí)，MQ-5氣體檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到P1.0口出現(xiàn)低電平，由單片機(jī)的延時(shí)函數(shù)延時(shí)一會(huì)，再判斷若還是位低，則啟動(dòng)蜂鳴和Led燈聲光器報(bào)警。同事通過(guò)與單片機(jī)相連的GSM模塊發(fā)送告警信息給用戶手機(jī)。氣體檢測(cè)模塊如圖5所示。圖5 氣體檢測(cè)模塊（3）溫度采集模塊溫度傳感器選用DALLAS公司生產(chǎn)的溫度傳感器DS18B20，它具有微型化，低

25、功耗，高性能，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)利用DS18B20測(cè)室溫，將測(cè)得的值再傳個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)再將通過(guò)計(jì)算得到的溫度信息傳個(gè)中央處理器S3C2410，再發(fā)給手機(jī)端。測(cè)溫模塊接線如圖6所示。圖6 測(cè)溫模塊接線（4）開窗模塊使用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)28BYJ48直流步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)窗戶的開啟和關(guān)閉。單片機(jī)開窗或關(guān)窗的命令時(shí)，給與ULN2003相連的4個(gè)I/O口發(fā)送信號(hào)，使ULN2003得到驅(qū)動(dòng)28BYJ48所需的信號(hào)并控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)與窗戶相連的傳送帶，便可實(shí)現(xiàn)開窗，關(guān)窗的功能。開窗模式的連接如圖7所示。圖7開窗模式（5）家電遙控采用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外波，利用已編好的單片機(jī)

26、程序，借助于單片機(jī)的P1.0管腳控制8550（PNP）三極管來(lái)控制紅外波的有無(wú)，這樣就可以達(dá)到發(fā)送正確的紅外波長(zhǎng)，以至于電氣設(shè)備能夠識(shí)別該模塊發(fā)射的每個(gè)紅外波，達(dá)到用戶的遙控要求。家電遙控模塊如圖8所示。圖8 家電遙控模塊4.系統(tǒng)軟設(shè)計(jì)整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)以ARM9微處理器為核心， ZigBee等其他部分為輔，同時(shí)也支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程組成。低層驅(qū)動(dòng)由匯編語(yǔ)言編寫，對(duì)外留C語(yǔ)言接口，人機(jī)交換采用Linux 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)主程序、初始化子程序、ZigBee通信子程序、GPRS通信子程序、傳感檢測(cè)子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序、數(shù)據(jù)處理子程序

27、和遠(yuǎn)程控制子程序等模塊組成。這一完整系統(tǒng)將各部分核心元件結(jié)合起來(lái)，與操作系統(tǒng)相輔相成，共同構(gòu)成智能家居系統(tǒng)。而且這一系統(tǒng)兼具各種功能，將各種系統(tǒng)完美結(jié)合起來(lái)。它會(huì)在不斷電的情況下自主運(yùn)行，不用主人管理和操作。如若發(fā)生任何情況都會(huì)及時(shí)反饋給主人的手機(jī)，達(dá)到完美警示的效果。程序軟件流程圖如圖9所示。 開始 初始化 啟動(dòng)警報(bào) 通知主人 N 狀態(tài)是否正常 Y 家居電器控制 判斷控制類型 家居環(huán)境檢測(cè) 空調(diào)控制子程序 煙氣監(jiān)測(cè)子程序 家居安全檢測(cè)熱水器控制子程序 溫度檢測(cè)子程序微波爐控制子程序 濕度檢測(cè)子程序 安全防盜門子系統(tǒng) 光度檢測(cè)子程序電冰箱控制子程序 煤氣檢測(cè)子程序家居電器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)子程序電視

28、劇控制子程序 檢測(cè)結(jié)果合格？ N家居燈光控制子程序 N Y 其他設(shè)備控制子程序 家居環(huán)境良好 結(jié)束 圖9 程序軟件流程圖智能家居軟件部分由于Android操作系統(tǒng)源碼開放程度高，Android手機(jī)在手機(jī)市場(chǎng)占有很高份額，所以本次系統(tǒng)的軟件部分是利用java開發(fā)工具開發(fā)的一款A(yù)ndroid手機(jī)上使用的智能家居軟件，這樣更有利于智能家居系統(tǒng)的推廣和使用，軟件設(shè)計(jì)的流程為通過(guò)手機(jī)向智能家居中控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令，具體流程如圖所示。通過(guò)對(duì)不同指令編碼，再通過(guò)stock編程將不同指令發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。如圖10所示。Android手機(jī)控制界面關(guān)窗開窗燈關(guān)燈開 按鍵按下創(chuàng)建socket端口控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)發(fā)送控件命令關(guān)閉socket端口 圖10 Android手機(jī)軟件路程圖5.設(shè)計(jì)結(jié)果 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我了解到了基于ARM9的智能家居的相關(guān)內(nèi)容以及開發(fā)的基本流程，通過(guò)眾多的設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)化了自己的編輯能力，加深了對(duì)這一先進(jìn)技術(shù)的理解，同時(shí)加深了