基于ARM的智能家居控制系统

基于ARM的智能家居控制系统

作者：苗立伟

来源：《科技资讯》 2013年第5期

苗立伟

（内蒙古电子信息职业技术学院内蒙古呼和浩特 010070）

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

中图分类号：TP3

文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2013)02(b)-0000-00

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。系统整体框图如图所示。

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。

参考文献

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[4] 周立功等.ARM嵌入式系统基础教程.北京:北京航空航天大学出版社，2005.