嵌入式技術(shù)在智能家居終端控制系統中的應用

　1 引言

　　智能家居是近幾年產(chǎn)生并迅速崛起的一種新型家居住宅，家居的智能化為住戶(hù)提供了一種更加安全、舒適、方便、快捷和開(kāi)放的智能化、信息化的生活空間。它不僅已經(jīng)成為一個(gè)國家經(jīng)濟實(shí)力和科學(xué)技術(shù)的綜合標志之一，而且也是人類(lèi)社會(huì )住宅發(fā)展的必然趨勢。

　　隨著(zhù)EDA技術(shù)的高速發(fā)展，智能家居的實(shí)現也得到了更好的解決。本系統采用三星公司的S3C44B0X芯片，使用uC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統以及先進(jìn)的藍牙無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)給出了智能家居的一種合理的、高性能的實(shí)現。

　　2 總體方案設計

　　本控制系統采用分布式控制方式對智能家居的各部分進(jìn)行統一的控制，主要包括信息家電部分、環(huán)境控制（包括室溫，照明，窗簾等）部分、安防報警部分、遠程操作部分。各部分又包含多個(gè)節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)即為通訊的一個(gè)終端。各節點(diǎn)之間相互獨立，某一個(gè)節點(diǎn)出現故障時(shí)不影響到其他節點(diǎn)的運行。智能家居系統總體架構框圖如圖1所示。

　　從圖中1可以看到，遠程操作部分與主控制器以串口連接，家居中各節點(diǎn)與主控制器形成一個(gè)藍牙網(wǎng)絡(luò )相互通信，所以通過(guò)外部計算機或網(wǎng)絡(luò )就可以實(shí)現和主控制器的通訊從而實(shí)現對家居中各節點(diǎn)的控制。當然也可以由主控制器來(lái)直接控制各節點(diǎn)的運行，這樣更快捷。主控制器通過(guò)發(fā)送控制命令給節點(diǎn)，各節點(diǎn)收到命令后進(jìn)行相應分析并做出相應動(dòng)作，然后返回最終的狀態(tài)給主控制器，主控制器再通過(guò)串口將各節點(diǎn)的信息發(fā)送到遠程操作系統或直接顯示到自帶的顯示液晶上。系統中各部分都預留有擴展的節點(diǎn)，以備將來(lái)設備的增加。

　　3 硬件設計

　　3.1 藍牙技術(shù)

　　藍牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數據與數字通信的開(kāi)放性規范，用微波無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)取代數據電纜來(lái)完成點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)短距離通信。藍牙技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：可以隨時(shí)隨地用無(wú)線(xiàn)接口來(lái)代替有線(xiàn)電纜連接；具有很強的移植性，可用于多種通信場(chǎng)合；功耗低，對人體危害??；藍牙集成電路應用簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現容易，易于推廣。藍牙技術(shù)應用了全球統一的頻率（ISM頻段）設置，ISM頻段是對所有無(wú)線(xiàn)電系統都開(kāi)放的頻段，使用其中的某個(gè)頻段都會(huì )遇到不可預測的干擾源。因此藍牙技術(shù)特別設計了快速確認和跳頻方案以確保鏈路穩定。

　　藍牙協(xié)議棧如圖2所示。藍牙體系結構中的協(xié)議可分為4層：核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話(huà)傳送控制協(xié)議和可選協(xié)議。除了這些協(xié)議層外，規范還定義了主機控制器接口（HCI），它為基帶控制器、鏈路管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口。藍牙核心協(xié)議包括基帶、LMP、L2CAP、SDP。

　　在藍牙協(xié)議棧中，HCI以上部分通常用軟件實(shí)現，包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、串行仿真RFCOMM、電話(huà)替代協(xié)議和選用協(xié)議；而HCI以下部分則用硬件實(shí)現，包括基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議（LMP），這部分也叫藍牙協(xié)議體系結構中的底層硬件模塊。

　　在家居控制器上使用藍牙技術(shù)主要是為了給家居控制器的各個(gè)功能模塊提供無(wú)線(xiàn)傳輸的方式，對藍牙的高層協(xié)議并沒(méi)有太大的需求，因此在家居中央控制器上可以采用藍牙模塊加開(kāi)放藍牙協(xié)議的方式開(kāi)發(fā)藍牙功能。綜合考慮成本、結構等因素，信息家電可以采用藍牙模塊加單片機的方式實(shí)現藍牙功能。將整個(gè)藍牙核心協(xié)議棧移植到單片機中顯然不合實(shí)際?？梢圆捎眠@樣的開(kāi)發(fā)方案：在藍牙HCI層的基礎上，根據信息家電信息傳輸的實(shí)際需求，建立相關(guān)協(xié)議，利用單片機直接和藍牙硬件模塊交換HCI指令，實(shí)現信息交互。單片機采集信息家電的相關(guān)信息通過(guò)藍牙模塊發(fā)送出去，藍牙模塊也可以將接收到的命令用HCI指令傳遞給單片機執行。

　　3.2 硬件平臺結構

　　本系統的硬件平臺主要是在EV44B0II開(kāi)發(fā)板上實(shí)現的，它采用三星公司生產(chǎn)的S3C44B0X32位高性能芯片，具有很高的性?xún)r(jià)比，且能很好的滿(mǎn)足本系統的需求。藍牙通信模塊采用愛(ài)立信公司的藍牙模塊ROK101007。該模塊是一款適合短距離無(wú)線(xiàn)通信的射頻/基帶模塊，集成度高、功耗小，完全兼容藍牙協(xié)議VersiON1 1，可嵌入任何需要藍牙功能的設備中。硬件結構如圖3所示。