基于Cortex―M3處理器的智能家居監控系統設計

2．1 中心控制器
本系統選用意法半導體公司的STM32F207為中心控制器。該芯片基于專(zhuān)門(mén)用于高性能、低功耗、低成本、實(shí)時(shí)性嵌入式應用系統的ARM Cortex-M3內核，內部資源豐富，提供了多個(gè)USART、I2C、SPI、I／O接口并整合了全速USB OTG接口、以太網(wǎng)10／100MAC以及8～14位相機傳感器并行接口，處理性能高達150 Dhrystone MIPS，內置多達128 KB～1MB的閃存和132 B的SRAM。該芯片能完成家庭內部網(wǎng)絡(luò )各種不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享，以及與外部通信網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換。作為智能家居監控信息平臺的核心部分，它具有功耗小，可靠性好，性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。
2．2 ZigBee節點(diǎn)
在智能家居監控系統中，ZigBee節點(diǎn)模塊采用JENNIC公司的JN5139。該芯片嵌入到主控制器、信息家電、各種傳感器中，將信息家電、門(mén)禁安防、三表等組成星形ZigBee網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)該芯片充當協(xié)調器和終端監控節點(diǎn)的角色，負責傳輸網(wǎng)絡(luò )命令和數據、轉發(fā)和管理終端監控節點(diǎn)之間的數據。該芯片將各終端節點(diǎn)的信息傳輸給主控制器，家庭出現異常時(shí)，將報警信息發(fā)給用戶(hù)手機和小區管理終端；同時(shí)接收用戶(hù)的控制信息，轉發(fā)給相應的終端監控節點(diǎn)。監控終端節點(diǎn)負責對各子傳感器節點(diǎn)進(jìn)行數據的采集和傳感器狀態(tài)的控制，包括家庭內部網(wǎng)絡(luò )中的門(mén)磁開(kāi)關(guān)狀態(tài)、紅外對射探測器、火災探測器、煙感和燃氣泄露探測器數據等。
本監控系統采用的JN5139，是業(yè)界第一款與IEEE 802．15．4兼容的低功耗、低成本無(wú)線(xiàn)控制模塊，集成了32位的RISE處理器，并且擁有豐富的模擬和數字外設，只需添加少量的外圍元件即可完成該通信功能硬件的設計。該模塊的數據傳輸和交換都是通過(guò)SPI總線(xiàn)完成的。
2．3 網(wǎng)絡(luò )通信接口
STM32F207內嵌了一個(gè)以太網(wǎng)MAC，并有專(zhuān)用的DMA，實(shí)現內部數據的高速傳輸。而且支持默認的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口(MII)和精簡(jiǎn)的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口(RMII)兩種工業(yè)標準的物理層接口，所以只需外接一片物理層收發(fā)器，就能完成以太網(wǎng)幀的接收和發(fā)送，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信。在該設計中采用DP83848C，它是一款功能全、魯棒性好、功耗低、價(jià)格低的10／100Mb／s單路物理層(PHY)器件，通過(guò)配置AFIO_MAPR寄存器中的bit23，MII_ RMII_SEL來(lái)選擇RMII，把與接口相連的信號線(xiàn)簡(jiǎn)化到7根，大大節約了成本。為了實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接口，采用了PULES的J0011型變壓器與DP83848C收發(fā)差分線(xiàn)連接，其主要功能是轉換電平并抑制高頻干擾接入以太網(wǎng)以及防止燒壞元器件，實(shí)現帶電插拔功能。J0011型變壓器還集成了RJ-45接頭，簡(jiǎn)化器件之間的連線(xiàn)，節省PCB板的空間，提高高頻信號傳輸的可靠性。接口設計如圖3所示。