基于ARM-Linux平台及GPRS技术的家庭智能控制系统

2.1ARM中央控制模块

ARM中央控制模块由ARM9 控制器、FLASH、SDRAM、电源及复位模块、LCD 触摸屏及相关外围电路组成。系统选用SAMSUNG 的基于ARM920T 内核的16/32 位RISC 处理器S3C2440 作为控制器。

　　S3C2440 处理器功能强大、性价比高、功耗低，除具有一般嵌入式芯片所具有的总线、SDRAM 控制器以外，还具有丰富的扩展功能接口，内部集成了TFT/STN LCD 和触摸屏控制器、SD MMC 存储卡接口和摄像头接口等大量的功能模块，便于构建外围电路，视频处理能力非常强。系统采用64M 的NAND 型Flash K29F2808 来存放系统启动代码、内核代码及根文件系统；SDRAM 选用2 片HY57V561620CTP-H 构成容量为64MB 高速动态随机存储器。

　　2.2 ZigBee 模块

　　为了满足家庭智能系统简洁、方便的要求，系统采用ZigBee 无线通信技术组建家庭网络。ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。ZigBee 模块采用支持IEEE802.15.4 协议，技术成熟的CC2430 芯片。经测试，室内有效传输距离为30~40m,完全能够覆盖普通家庭环境。下面从抗干扰及功耗两方面阐述本设计的可行性。

　　2.2.1 Zigbee 抗干扰性能分析

　　ZigBee 技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰。

　　IEEE802.15.4 标准中提供了很多抗干扰机制[2],比如：空闲信道评估，动态信道选择，信道算法等。实验证明，正确选择信道，增大频偏，ZigBee 与Wi-Fi可以近距离（小于2m）共存；蓝牙采用调频技术，对ZigBee 的干扰很小，两者能很好的共存；WirelessUSB可以根据干扰环境自动变换信道，因此完全可以同ZigBee 共存；此外，为了减小无绳电话（2.4GHz）对ZigBee 的干扰，设计中ZigBee 设备放置在离客厅中心较远的地方，使干扰源尽量远离ZigBee 网络，经测试可行；当微波炉与ZigBee 设备距离大于1m 时，干扰则可以忽略不计。因此ZigBee 在2.4GHz 频段能可靠地与Wi-Fi、蓝牙、WirelessUSB 以及家用无绳电话和微波炉共存。

　　2.2.2 Zigbee 功耗分析

　　ZigBee 模块支持多种工作模式，包括运行（发送与接收）、空闲和休眠等。通过监测传感器节点的正常工作，发现节点大部分时间处于空闲状态。而空闲模式的功率消耗与运行模式大体相同，收发模块长期处于空闲模式会消耗大量能量。因此，当节点空闲时应使其处于休眠状态。当需要节点工作时，通过外部中断或定时中断将其唤醒，进入运行状态。本设计经测试，系统运行一个月后，电池电压变化轻微，实际应用中两节普通5 号干电池使用寿命超过一年。

　　2.3 GPRS 模块

　　GPRS（General Packet Radio Service），即通用分组无线服务技术，是一种以GSM 为基础的数据传输技术。GPRS 采用分组交换技术，支持资源共享，频带利用率高，数据传输率高。GPRS 最高传输率可达171.2kbit/s,支持X.25 协议和IP 协议；用户永远在线且按流量、时间计费，通信成本低。因此，将GPRS技术应用于家庭智能控制系统的无线数据传输是最佳选择。

　　GPRS 模块主要功能是通过GPRS 网络实现ARM控制器与户主手机之间的数据交换。经过性能与成本的综合考虑，系统选用西门子公司的MC55 GPRS 模块。

　　MC55 集成了完整的射频电路和GPRS 基带处理器，提供了完整的GSM 和GPRS 无线接口；支持数据、语音、短消息和传真等多种通信方式，采用TCP/IP 网络协议进行通信，GPRS 数据包最高可达1.5K;GPRS 模块与ARM 控制器采用AT 指令集通过串口进行数据通信。

图3 ARM 控制器与GPRS 模块连接图。

　　如图3 所示，系统采用SP3238 芯片实现电平转换，S3C2440 通过UART1 控制MC55,通过GPRS网络采用短信或拨打电话的方式与用户手机进行通信来实现对家庭智能系统的远程控制。