基于GPRS的嵌入式智能家居終端的設計與實(shí)現

1引言

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們希望即使在工作或外出時(shí)也能通過(guò)某種方式及時(shí)了解和控制家中的情況，同時(shí)伴隨著(zhù)數字化家庭的普及，實(shí)現智能家居的遠程控制已經(jīng)成為一種趨勢。家庭智能控制系統通過(guò)家庭總線(xiàn)技術(shù)，把家庭中各種家用電器、家庭保安裝置和各種計量設備連接到一起組成一個(gè)家庭內部網(wǎng)絡(luò )，由家庭智能控制器進(jìn)行統一管理[1]。遠程控制就是通過(guò)某種通訊方式將智能家庭控制器與外界相連，使人們能夠在本地或異地對家庭系統進(jìn)行集中的監視、控制。本文中介紹的方案，結合了GPRS(GeneralPacketRadioService) 技術(shù)永遠在線(xiàn)，速度快，接入范圍廣，體積小，功耗低等優(yōu)點(diǎn)[2]，采用RS485工業(yè)總線(xiàn)，設計實(shí)現了一種基于嵌入式系統的家庭智能控制器。用戶(hù)可以通過(guò)短信及互聯(lián)網(wǎng)等方式現遠程無(wú)線(xiàn)監控，在手機和互聯(lián)網(wǎng)相當普及的今天，為用戶(hù)提供了更簡(jiǎn)單、方便的選擇。同時(shí)由于該控制器RS485接口的特殊設計，外掛節點(diǎn)可以由原來(lái)的32個(gè)擴展到64個(gè)，解決了家用設備的布線(xiàn)組網(wǎng)以及控制等問(wèn)題。

2系統設計

從結構上看主要分為用戶(hù)，控制器，和RS485總線(xiàn)的家用設備控制三個(gè)部分。用戶(hù)通過(guò)手機短信或網(wǎng)絡(luò )方式向控制器的GPRS模塊發(fā)送命令，而控制器也通過(guò)GPRS模塊向用戶(hù)反饋信息或發(fā)出報警通知。從而實(shí)現了用戶(hù)和控制器無(wú)線(xiàn)互聯(lián)，實(shí)現遠程控制。

3硬件設計

硬件部分的結構框圖如圖1所示，控制器是整個(gè)系統的核心部分，經(jīng)過(guò)串口擴展與GPRS模塊相連；通過(guò)電平轉換芯片提供RS485總線(xiàn)接口與家用設備相連接；同時(shí)還提供LCD，鍵盤(pán)等交互接口?？刂破鞯闹骺匦酒捎萌荢3C44B0，使用ARM7TDMI核,工作頻率在66MHz[1]。處理器外接 4MFlash（用于存儲控制器的啟動(dòng)代碼和系統代碼以及當天事件的文本日志）分配到存儲器Bank0空間和4M×16的SDRAM，分配到存儲器的 Bank6空間。

硬件部分的結構框圖

GPRS模塊外圍電路：GPRS模塊采用西門(mén)子公司的MC35模塊，支持數據、語(yǔ)音、短消息和傳真等多種通信方式可以通過(guò)AT命令對其實(shí)現控制。串行線(xiàn)通過(guò)MAX3238電平轉換后可直接和RS232串口相連。串口擴展：44B0通過(guò)外接雙通道的通用異步收發(fā)器ST16C2550為GPRSmodem 撥號上網(wǎng)提供完整的9線(xiàn)串口。其主要特點(diǎn)是接收p發(fā)送各有16字節的FIFO(先入先出)緩沖區，獨立的波特率產(chǎn)生器可提供50bps到4Mbps的收發(fā)時(shí)鐘。用戶(hù)可方便地通過(guò)芯片的狀態(tài)寄存器來(lái)進(jìn)行錯誤定位和對操作狀態(tài)進(jìn)行判斷。該芯片內存空間使用保留的存儲空間bank4。采用總線(xiàn)方式控制。 RS485接口設計：采用TI公司的RS485接口芯片75LBC184，可實(shí)現了44B0串行口的TTL電平與RS485電平之間的轉換，該芯片的輸入阻抗為RS485標準輸入阻抗的2倍（≥24ＫΩ），故可以在總線(xiàn)上連接64個(gè)節點(diǎn)（相當于原來(lái)的兩倍）。且它有一個(gè)獨特的設計，當輸入端開(kāi)路時(shí)，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有開(kāi)路故障時(shí)，不影響系統的正常工作。

4RS485總線(xiàn)協(xié)議設計

用RS-485總線(xiàn)進(jìn)行系統通訊需要對其傳輸協(xié)議做規定，最重要的就是幀結構的設計。本系統數據幀的構造包括：起始，地址，類(lèi)型，數據長(cháng)度，數據，校驗和及結束幀七個(gè)部分，除數據幀為N字節外（根據從機傳送的數據而定），其余均占1個(gè)字節。類(lèi)型字定義如表1所示,類(lèi)型幀中的“SENDDATA”幀為數據幀，用于存放從機設備的狀態(tài)信息，其它4種為指令幀，用于存放主機發(fā)送給從機的命令字[3]。

類(lèi)型字定義

主機發(fā)查詢(xún)請求主機發(fā)讀請求從機準備好接收從機處于忙碌主/從機發(fā)送數據

本系統采用LRC幀校驗的方法。LRC值由傳輸設備來(lái)計算并放到消息幀中，接收設備在接收消息的過(guò)程中計算LRC，并將它和接收到消息中LRC域中的值比較，如果兩值不等，說(shuō)明有傳輸錯誤。除了幀結構的定義以外，整個(gè)系統的通信還需要遵守下面的規則：(a)主機查詢(xún)方式：由主機輪詢(xún)各從機，并要求從機提交狀態(tài)信息，從機不能主動(dòng)發(fā)出請求。(b)當主機發(fā)出“ASK”命令后，若從機反饋“BUSY”幀，則主機啟動(dòng)計時(shí)和計數，超時(shí)3次，則任務(wù)執行失敗。(c)主機接收到從機發(fā)回的“READY”信號后，向從機發(fā)送“GETDATA”指令，進(jìn)入接收狀態(tài)，同時(shí)開(kāi)啟超時(shí)控制。若在規定時(shí)間未接收到從機發(fā)回的數據，則計數器加1，并繼續發(fā)出“GETDATA”信號。如果超時(shí)3次，則取消這次查詢(xún)。(d)從機等待主機發(fā)送指令，并根據具體指令作相應操作。如果接受到的指令幀錯誤，則會(huì )直接丟棄該幀。

　　5軟件設計

軟件部分的設計主要是基于A(yíng)RM－Linux，因為該操作系統具有完整的TCP/IP協(xié)議，同時(shí)還支持許多其他網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，可以為GPRSmodem連接互聯(lián)網(wǎng)提供完整的協(xié)議支持，并且該操作系統具有良好的穩定性和實(shí)時(shí)性可以滿(mǎn)足家庭智能控制器對系統可靠性的要求，另外Linux的源代碼開(kāi)放，可移植性強，為系統開(kāi)發(fā)中的問(wèn)題提供了良好的技術(shù)支持。本系統的軟件設計主要是應用程序的兩個(gè)部分：GPRS的無(wú)線(xiàn)數傳；RS485總線(xiàn)控制控制。