王守順,王文卿

（山東科技職業(yè)學(xué)院,山東濰坊,261041）

基于ARM9的無(wú)線智能家居控制（智能監(jiān)控）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王守順,王文卿

（山東科技職業(yè)學(xué)院,山東濰坊,261041）

無(wú)線通信設(shè)備、信息傳感設(shè)備與嵌入式控制系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于智能家居產(chǎn)品上，實(shí)現(xiàn)家居的智能化，提升家居的安全性、便利性、舒適性。本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM9的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家居電器控制與安防監(jiān)控功能。希望本論文的研究工作能夠?yàn)閷?duì)智能家居方面的應(yīng)用及發(fā)展提供一點(diǎn)借鑒意義。

無(wú)線通信設(shè)備；信息傳感設(shè)備；嵌入式系統(tǒng)；智能家居

1　無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

基于ARM9的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該控制系統(tǒng)主要包括ARM9核心控制模塊、傳感器檢測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、GPRS無(wú)線通信模塊、ZigBee模塊、LCD液晶顯示模塊、計(jì)算機(jī)以及電源模塊等。該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)家居電器控制與安防監(jiān)控功能。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

如圖1所示，ARM9單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)GPRS和ZigBee構(gòu)成的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器、家居環(huán)境、家居安防的檢測(cè)控制與報(bào)警等操作。為保證家居控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性系統(tǒng)提供了防火墻功能，阻止外界或者黑客對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備造成攻擊與非法訪問(wèn)。

控制系統(tǒng)利用ZigBee無(wú)線通信模塊與GPRS無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)智能家居本地和遠(yuǎn)程檢測(cè)與控制功能。GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無(wú)線通信，接收家居電器、環(huán)境、安防信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器的遠(yuǎn)程控制。ZigBee無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與家居電器、環(huán)境、安防的本地通信，從而達(dá)到對(duì)家居的檢測(cè)與控制。采用ZigBee無(wú)線通信模塊，家居的布局更加具有靈活性，滿(mǎn)足人們個(gè)性化的需求。通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程控制，人們能夠隨時(shí)隨地掌握家居電器、環(huán)境、安防情況，滿(mǎn)足了人們對(duì)生活品質(zhì)的要求。

1.2控制系統(tǒng)功能介紹

（1）自動(dòng)報(bào)警功能。如果控制系統(tǒng)檢測(cè)到家居環(huán)境不符合人們?nèi)粘Ｉ畹男枨螅鐪囟?、濕度、煙氣等超?biāo)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，以便主人能夠及時(shí)了解情況；另外，如有陌生人進(jìn)入室內(nèi)或者強(qiáng)行開(kāi)啟門(mén)窗的情況，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以告知主人有異常情況發(fā)生。

（2）家居電器綜合監(jiān)控功能。該功能不僅能夠?qū)揖与娖鬟M(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，也能夠?qū)ο嚓P(guān)的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也能夠?qū)ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

（3）室內(nèi)環(huán)境信息采集功能。該功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家居電器的環(huán)境溫度、濕度信息等一些自然環(huán)境進(jìn)行采集和檢測(cè)，也能夠?qū)煔?、煤氣等相關(guān)有毒氣體進(jìn)行檢測(cè)。

（4）遠(yuǎn)程控制功能。通過(guò)使用該功能，用戶(hù)能夠隨時(shí)隨地對(duì)家居電器情況進(jìn)行掌控，用戶(hù)通過(guò)隨身移動(dòng)設(shè)備對(duì)家居電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，或者對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)工作狀況進(jìn)行查詢(xún)。

（5）本地控制功能。通過(guò)使用該功能，用戶(hù)能夠在本地就可以通過(guò)觸摸屏或者互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器進(jìn)行監(jiān)控。

（6）安全及防盜功能。由于家居中所有與控制系統(tǒng)進(jìn)行連接的家居電器都能夠?qū)崿F(xiàn)與主人進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，假如設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障、小偷進(jìn)入室內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)立即把相關(guān)信息反饋給主人，這樣便可以達(dá)到安全防盜的目的。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)的硬件主要包括ARM9微處理器、LCD觸摸屏、GPRS通信模塊、ZigBee通信模塊、傳感器檢測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊以及電源等。

2.1ARM9微處理器

ARM9（S3C2440）微處理器是三星公司的產(chǎn)品。S3C2440是一款性能非常高的32位微處理器，采用ARM920T內(nèi)核和0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元及存儲(chǔ)器單元，最高頻率能夠達(dá)到400MHz，能夠提供多款液晶屏的相關(guān)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。采用該種系統(tǒng)不需要再進(jìn)行額外組件的配置，主要原因在于它是一套非常完整的通用設(shè)備，這樣能夠在某種程度上減少整個(gè)系統(tǒng)的成本，另外，對(duì)于一般類(lèi)型的應(yīng)用以及小型設(shè)備，它提供了一種價(jià)格低、功耗低、性能高的一種小型微控制器解決方案。

2.2無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

GPRS網(wǎng)絡(luò)具有性能優(yōu)良、覆蓋范圍最廣，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院蛯?shí)時(shí)性。ZigBee技術(shù)所構(gòu)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。通過(guò)采用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)與ZigBee技術(shù)組成的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，能夠滿(mǎn)足人們對(duì)數(shù)據(jù)的通信需求。

2.3傳感器與顯示模塊

傳感器主要包括人體紅外探測(cè)器、有毒氣體檢測(cè)傳感器器（如對(duì)煤氣、CO、煙霧等進(jìn)行檢測(cè)）、光照傳感器、溫度及濕度傳感器等，所有傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)都與無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行連接，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

顯示模塊采用低電壓、低功耗的5吋 WSM240128-1液晶顯示屏，能夠?qū)崿F(xiàn)中英文的顯示。該液晶顯示屏能夠顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、溫度、濕度、家居電器運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)信息，能夠?qū)γ簹獾扔卸疚镔|(zhì)超標(biāo)進(jìn)行報(bào)警提示等。

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本論文所設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)，主要是以ARM9微處理器來(lái)作為核心，ARM9微處理器支持C語(yǔ)言以及匯編語(yǔ)言編程，本家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。人機(jī)交換系統(tǒng)主要是采用Linux嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)外接口采用C語(yǔ)言編程；低層驅(qū)動(dòng)，采用匯編語(yǔ)言編程。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為家居電器檢測(cè)控制程序、家居環(huán)境檢測(cè)控制程序、家居安全檢測(cè)控制程序等三部分。其中，家居電器檢測(cè)控制程序完成電視機(jī)、冰箱、空調(diào)、熱水器、洗衣機(jī)、微波爐、燈光等家用電器的檢測(cè)控制；家居環(huán)境檢測(cè)控制程序完成煤氣、煙氣、溫度、濕度、亮度等檢測(cè)與控制；家居環(huán)境檢測(cè)控制程序完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、門(mén)窗狀態(tài)、防盜等狀態(tài)檢測(cè)控制。下圖2為軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖。

4　結(jié)束語(yǔ)

本論文針對(duì)基于ARM9無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究及設(shè)計(jì)，包括硬件及軟件方面的設(shè)計(jì)，希望本論文的相關(guān)研究工作能夠?yàn)闊o(wú)線通信智能家居方面的設(shè)計(jì)及發(fā)展提供一定的借鑒意義。

圖2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

[1] 高安邦等.基于DSP智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)安全，2011，（2）：162-167.

Design of wireless intelligent home control (intelligent monitoring) system based on ARM9

Wang ShoushunWang Wenqing
（Shandong Vocational College of Science and Technology Weifang Shandong 261041）

Wireless communication device, information sensing device and embedded control system has been widely used in intelligent Home Furnishing products,intelligent Home Furnishing Home Furnishing,enhance safety,convenience and comfort.In this paper,a wireless intelligent home control system based on ARM9 is designed,which can realize the control of home appliances and the function of security monitoring.Hope that the research work of this paper can provide a little reference for the application and development of intelligent home.

wireless communication equipment;information sensor;embedded system;smart home