基于ARM的智能家居控制系统

基于ARM的智能家居控制系统
摘要：本文提出了一种基于ARM的智能家居控制系统，确定了总体架构设计，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为智能家居控制系统的控制核心，硬件结构简单，很适合智能家居推广与应用。

关键词：智能家居控制系统嵌入式
智能家居也叫智能住宅，英文叫Smart Home。

也可以叫做网络家庭、电子家庭、家庭自动化等等。

智能家居首先由美国、欧洲等经济比较发达的国家提出来的。

其目标就是：“通过家庭内部的一个智能系统，将各种信息家电连接起来进行集中的或异地的监视控制”。

本文智能家居系统的设计，稳定可靠的硬件是基础，也是系统的重要组成部分。

我们做系统硬件设计的时候，要考虑到它实现我们需要的各项功能，还要考虑到系统升级所需要的多端口和空间；还有，在设计智能家居系统的时候，硬件设计还要兼顾到软件设计的方便和易开发等条件。

本文设计的智能家居系统分为主机和分机两个部分。

主机采用ARM9芯片S3C2440作为CPU，分机采用ARM9芯片CC2430作为控制器。

主机MCU S3C2440 采用了ARM920t 的内核，0.13um 的CMOS
标准宏单元和存储器单元。

它低功耗，简单，全静态设计非常适合于对智能家居这样低成本、低功率设计的应用。

它采用了新的总线架构(AMBA)。

S3C2440 的优点是核心处理器(CPU)，是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32 位ARM920T的RISC处理器。

ARM920T实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构构。

这一结构具有独立的16KB指令Cache 和16KB 数据Cache。

S3C2440为智能家居系统提供一套完整的通用系统外设，减少整体系统成本和尽可能少的配置额外的组件。

本智能家居系统主机MCU S3C2440的外围设备有人机接口LCD 触摸屏，用来发送指令或处理接受到的分机的指令；USB摄像头是智能家居系统的监控单元，能实时的监控周围的环境，由于USB摄像头监控的视频画面所占存储空间较大，所以我们还需外加存储器来存储视频画面。

本智能家居系统主机与分机间的联系采用Zigbee无线通信。

Zigbee是无线传感器网络的新技术。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。

这个协议规定的都是短距离、低功耗的一种曲线通信技术。

Zigbee具有距离近、复杂度低、自组织、功耗低、数据低、成本低的特点。

一般会被自动控制和远程控制等领域使用，可以嵌入各种设备。

总之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

本系统采用的Zigbee技术有自动组网的功能，比如每人持有一
个Zigbee网络模块终端，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的Zigbee网络，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化，对原有网络进行刷新，所以本系统的主机与分机在一定范围内可完成实时通信；ZigBee网络采用动态路由的方式，动态路由，就是指网络中数据传输的路径，并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，并决定它们的远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。

在实际工业现场，往往预先确定的传输路径，随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合网状网拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输；Zigbee技术使用网状网通信方式，网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地，而这一点对智能家居系统非常重要。

CC2430是一个真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。

这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。

它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。

CC2430在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF) 前端、内存和微控制器。

CC2430使用的是基于低-中频结构之上的接收器，经过低噪声放大器将从天线接收的RF信号放大并且下变频变为2MHz的中频信号。

中频信号通过滤波、放大，然后经过A/D转换器转变成数字信号。

自动增加控制，信道过滤，在数字领域完成解调，这样会获得高精确度，增加空间利用率。

工作在2.4GHz ISM波段的不同系统可以在集成模拟通道滤波器下良好共存。

位映射和调制在发射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的规范进行的。

利用数字方式完成调制（和扩频）。

进过D/A转换器的被调制的近代信号再经过单边带调制器的低通滤波和直接上变频，转变为射频信号。

最后，片内功率放大器会把高频信号发达到可以设计的水平。

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