基于S3C2410的WLAN智能住宅控制終端的設計
加入技術(shù)交流群
摘要：信息技術(shù)在建筑行業(yè)的高速發(fā)展使得智能住宅和智能小區迅速崛起并成長(cháng)為巨大的新興產(chǎn)業(yè)。文章提出了一個(gè)基于S3C2410的高性能、低價(jià)格的ＷＬＡＮ智能住宅控制終端的設計方案。該方案依托成熟的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現智能小區建設所需的安全防范、管理自動(dòng)化和信息自動(dòng)化的功能。
關(guān)鍵詞：WLAN；S3C2410；智能小區；智能住宅
１ 前言
信息技術(shù)在建筑行業(yè)的逐步滲透，帶動(dòng)了智能大廈、智能住宅以至于智能小區的高速發(fā)展。這一新興產(chǎn)業(yè)集現代建筑技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)與控制技術(shù)為一體，正在迅速崛起并成長(cháng)壯大。
智能住宅小區須具備以下的基本特征和功能：
●安全自動(dòng)化（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＳＡ）：
防盜監控、消防監控、環(huán)境監控、緊急求助、出入口監控等。
●管理自動(dòng)化（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＭＡ）：
設備管理、收費管理、事務(wù)管理等。
●信息自動(dòng)化（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＩＡ）：
話(huà)音、圖像、數據通訊、家庭電子商務(wù)等。
基于ＷＬＡＮ的智能小區管理系統示意圖如圖１所示，可以采用“智能住宅控制終端＋中央控制器”的方式來(lái)構建智能小區。其基本設計思想是采用集中分散的多級控制管理。通過(guò)每個(gè)住戶(hù)安裝的智能住宅控制終端，有效監控住戶(hù)設定的各種防范監控要求，并自動(dòng)為物業(yè)管理公司抄寫(xiě)各種量表（水、電、氣等），提供緊急求助功能，還可以和門(mén)口機實(shí)現可視對講。中央控制器則實(shí)時(shí)詢(xún)問(wèn)各個(gè)控制終端的信息，為物業(yè)公司提供小區中各住戶(hù)的安防情況，減輕物業(yè)管理公司的工作量。同時(shí)，這種實(shí)現方式提供住戶(hù)和物業(yè)管理公司之間的交互途徑，可以在這一平臺上發(fā)展家庭電子商務(wù)。
不難看出，這種實(shí)現方式需要一個(gè)布線(xiàn)難度低、業(yè)務(wù)擴展性好的通信平臺。而隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（ＷＬＡＮ）技術(shù)的成熟和價(jià)格的下降，ＷＬＡＮ將成為智能小區中最重要的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入方式。
基于ＷＬＡＮ的智能住宅控制終端依托成熟的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現智能小區建設所需要的安全防范、管理自動(dòng)化和信息自動(dòng)化的功能。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的高速數據率和開(kāi)放性，使我們很容易實(shí)現產(chǎn)品的功能升級和業(yè)務(wù)創(chuàng )新。
２ 系統設計
根據智能住宅控制終端的功能需求及市場(chǎng)上的成熟技術(shù)，我們采用“硬件＋嵌入式操作系統＋應用層軟件”的系統架構來(lái)設計智能住宅控制終端。
控制終端的硬件平臺以Ｓａｍｓｕｎｇ的Ｓ３Ｃ２４１０為核心，并輔以必要的外圍設備。這款芯片基于ＡＲＭ９２０Ｔ核，帶有豐富的接口，是一款性?xún)r(jià)比很高的ＡＲＭ核ＳＯＣ芯片?？刂平K端的軟件部分有兩層：嵌入式操作系統和應用層軟件。這里采用ＡＴＩ的 Ｎｕｃｌｅｕｓ做為嵌入式操作系統。Ｎｕｃｌｅｕｓ是開(kāi)放源代碼的實(shí)時(shí)操作系統，采用模塊化的設計，開(kāi)發(fā)平臺友好。根據功能需求，應用層軟件包含如下模塊：安防模塊、三表的讀寫(xiě)模塊、可視對講模塊、家庭電子商務(wù)模塊、無(wú)線(xiàn)遙控模塊和人機交互模塊。
２．１ 硬件系統設計
圖２是硬件系統的總體設計和模塊劃分框圖，下面對各個(gè)模塊分別進(jìn)行介紹。
（１） 主機模塊：Ｓ３Ｃ２４１０和外圍功能接口
主機模塊是系統的核心，控制著(zhù)系統內其他模塊的正常工作。本設計采用Ｓ３Ｃ２４１０芯片來(lái)實(shí)現，它基于ＡＲＭ９２０Ｔ?xún)群?，自帶１６ｋＢ指令緩存和１６ｋＢ數據緩存以及ＭＭＵ單元，工作時(shí)鐘最高可達２０３ＭＨｚ，擁有豐富的片內外設，如ＵＳＢ（一個(gè)Ｈｏｓｔ，一個(gè)Ｄｅ-ｖｉｃｅ）、ＳＤＲＡＭ控制器、ＬＣＤ和觸摸屏控制器、ＵＡＲＴ（三個(gè)）、ＤＭＡ、Ｔｉｍｅｒ、ＲＴＣ、ＩＩＳ、ＩＩＣ、ＳＰＩ等等，同時(shí)還有豐富的ＩＯ端口資源，是一款性?xún)r(jià)比很高的ＡＲＭ核ＳＯＣ芯片。以下為Ｓ３Ｃ２４１０的接口類(lèi)型及其在系統中的應用：
●ＬＣＤ控制器：外接３２０２４０的ＴＦＴ液晶屏；
●ＡＤ和觸摸屏接口：觸摸屏；
●ＧＰＩＯ口外接相應驅動(dòng)電路：１６個(gè)輸入、４個(gè)輸出、ＬＥＤ顯示、鍵盤(pán)；
●ＵＳＢ接口（Ｈｏｓｔ）：無(wú)線(xiàn)通信模塊，支持８０２．１１ｘ系列標準；
●存儲器接口：３２Ｍ ＦＬＡＳＨ和６４Ｍ ＳＤＲＡＭ；
●ＵＡＲＴ接口：接ＴＩ７５１７６，ＲＳ４８５總線(xiàn)接口，連接ＲＩＵ模塊；
●ＵＡＲＴ接口：接無(wú)線(xiàn)遙控模塊；
●ＩＩＳ接口：接ＵＤＡ１３４１Ｓ音頻接口，語(yǔ)音提示。
電源管理模塊提供系統工作要求的電源。系統的工作電壓要求如下：輸入１２Ｖ電壓，輸出１．８Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和２４Ｖ電壓。
可以采用７８０５實(shí)現１２Ｖ至５Ｖ的電壓轉化，采用ＴＰＳ７６７Ｄ３１８實(shí)現５Ｖ至３．３Ｖ和１．８Ｖ的轉換，采用ＭＡＸ６２９實(shí)現３．３Ｖ至２４Ｖ的升壓。
（３）無(wú)線(xiàn)通信模塊
由于智能小區的實(shí)現方案是基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的，因此無(wú)線(xiàn)通信模塊在系統中顯得尤為重要。為了降低開(kāi)發(fā)難度，可以采用市場(chǎng)上成熟的ＵＳＢ接口無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。Ｓ３Ｃ２４１０提供了一個(gè)ＵＳＢ（Ｈｏｓｔ）接口，正好用于連接無(wú)線(xiàn)通信模塊。
（４）人機接口模塊
人機接口模塊提供了良好的人機交互界面，包括：ＬＣＤ和觸摸屏、ＬＥＤ、鍵盤(pán)、麥克和揚聲器。
（５）無(wú)線(xiàn)遙控模塊
無(wú)線(xiàn)遙控模塊是一種方便用戶(hù)操作的智能化終端，提供遠程布防、求助等功能?？刹捎檬袌?chǎng)上現有的產(chǎn)品模塊，這些模塊一般為ＵＡＲＴ接口。
（６）輸入輸出口模塊
系統的ＧＰＩＯ口可提供１６個(gè)輸入輸出口，４個(gè)輸出口。輸入口提供光耦隔離功能；輸出口有１２Ｖ，４００ｍＡ的驅動(dòng)能力。
（７）ＲＩＵ總線(xiàn)模塊
智能住宅控制終端提供ＲＳ４８５接口，作為家庭網(wǎng)絡(luò )控制總線(xiàn)接口。系統采用ＴＩ７５１７６實(shí)現了Ｓ３Ｃ２４１０的ＵＡＲＴ接口向ＲＳ４８５總線(xiàn)接口的轉化。
２．２ 軟件系統設計
圖３是軟件系統的總體框圖，下面對各個(gè)層次和模塊分別進(jìn)行介紹。
（１）嵌入式操作系統和驅動(dòng)程序設計
Ｎｕｃｌｅｕｓ包含Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ、Ｆｉｌｅ模塊、ＭＭＵ模塊，Ｇｒａｆｉｘ模塊、ＮＥＴ模塊和其它應用層的協(xié)議模塊等。Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ是專(zhuān)為強實(shí)時(shí)性嵌入式產(chǎn)品而開(kāi)發(fā)設計的實(shí)時(shí)、搶占式、多任務(wù)內核。Ｇｒａｆｉｘ是一個(gè)圖形管理模塊，支持ＬＣＤ和觸摸屏，用于開(kāi)發(fā)人機界面。Ｆｉｌｅ模塊是文件系統管理模塊。ＭＭＵ是一個(gè)內存管理單元，支持系統高效地使用有限的內存空間。ＮＥＴ模塊即網(wǎng)絡(luò )模塊，用于實(shí)現ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧。此外，Ｎｕｃｌｅｕｓ也提供很多應用層的協(xié)議模塊包括ＨＴＴＰ、ＴＦＴＰ、ＳＮＭＰ等。
Ｎｕｃｌｅｕｓ的開(kāi)發(fā)平臺以ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ的Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ Ｃ＋＋為基礎，提供了仿真平臺ＭＮＴ和多任務(wù)調試工具ＭＴＤ，方便用戶(hù)使用，可以大大加快用戶(hù)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。
（２）應用層軟件模塊
應用層軟件由系統應用層協(xié)議（ＨＩＭＭＰ：ＨＩＭ Ｍａｎａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和各個(gè)功能模塊組成。系統應用層協(xié)議規定了中央控制器以及門(mén)口機和智能住宅控制終端之間的通信協(xié)議，是系統應用層軟件的基礎，應用層軟件模塊就是在這個(gè)協(xié)議的基礎上進(jìn)行的。
應用層軟件模塊包括安防模塊、可視對講模塊、家庭電子商務(wù)模塊、三表讀寫(xiě)和管理模塊以及人機接口模塊。
安防模塊用于監測用戶(hù)設定的安防措施，包括防火、煤氣泄漏、門(mén)窗被撬等，實(shí)時(shí)發(fā)出警報并報告物業(yè)管理中心；可視對講模塊負責住戶(hù)和門(mén)口機的可視對講并控制大門(mén)的開(kāi)關(guān)；家庭電子商務(wù)模塊實(shí)現家庭電子商務(wù)功能，可以瀏覽各種日常生活用品的供應情況（這些數據來(lái)自物業(yè)管理公司），并下訂單購物；三表讀寫(xiě)和管理模塊負責抄寫(xiě)住戶(hù)的水電氣表，匯總到中央服務(wù)器，并支持用戶(hù)的實(shí)時(shí)查詢(xún)。
評論