基于zigbee與linux 的智能家居系統設計方案

圖5 CC2420 硬件電路

4 軟件設計

通過(guò)天線(xiàn)接收設備無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數據幀，經(jīng)過(guò)CC2420 自動(dòng)校驗。若無(wú)誤則經(jīng)過(guò)解碼、譯碼，然后經(jīng)過(guò)SPI 接口送往ATmega128L，再經(jīng)過(guò)串口UART1 送往S3C2440，經(jīng)數據處理后顯示于相應的LCD 觸摸屏上。

4.1 系統主程序設計

CMU以及節點(diǎn)的程序流程圖，分別見(jiàn)圖6 和7。在CMU中先初始化LCD 及射頻芯片，然后程序開(kāi)始初始化協(xié)議棧并打開(kāi)中斷。之后程序開(kāi)始格式化一個(gè)網(wǎng)絡(luò )。最后處理函數apsFSM()(在A(yíng)PS 層上實(shí)現的FSM(有限狀態(tài)機))監控中的zigbee 信號。如果現在有節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )，則LCD 和串口輸出都會(huì )給節點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò )地址。同樣函數apsFSM()里接收節點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的溫度傳感器采集到的數值及一些按鍵操作，并在LCD 上顯示處理，也同時(shí)從串口發(fā)送出來(lái)。

4.2 處理器軟件結構

處理器采用嵌入式Linux 操作系統，在原Bootloader、Kernel 上修改文件系統，添加GUI應用程序，并修改系統啟動(dòng)腳本使應用程序在系統啟動(dòng)時(shí)自運行。軟件結構如圖8 所示。

5 測試與分析

為了保證智能家居系統運行的穩定性，我們將主控設備裝入模具中進(jìn)行了一周高溫測試，系統一直保持了穩定的工作狀態(tài)，同時(shí)對CMU溫度進(jìn)行了測量，環(huán)境溫度與CMU溫度的比較如下圖所示，理論情況下，CMU 工作的最大溫度為45°C，由下圖6.9 看出，CMU工作的溫度屬于正常范圍。

同時(shí)對智能家居系統的家居設備無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)進(jìn)行了性能測試。測試條件為：1、用障礙物將CMU 模塊與家居設備無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)隔開(kāi);2、CMU 模塊的波特率為250kbps;3、每一幀數據為64 字節;5、每次測試數據發(fā)送1000 幀，發(fā)送間隔為200ms 。實(shí)驗結果如表1 所示，由表可以看出，系統如果要正常工作，需保持在200m距離范圍內。

6 結論

本文從智能家居系統設計的成本、功耗、性能等方面出發(fā)，設計出一種可行的智能家居系統的構建方案。以高性能、低功耗的S3C2440 芯片裝載linux 嵌入式系統作為中央管理單元的處理器，用zigbee 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議實(shí)現CMU、無(wú)線(xiàn)家居設備節點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的互聯(lián)和互動(dòng)，使之成為一個(gè)小型的家居“物聯(lián)網(wǎng)”并且利用成熟的Internet網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了遠程控制。并在硬件芯片選擇和電路設計方面優(yōu)化了系統的結構，使得系統性能得到了很大的改善，成本也降低了許多。