【正文】 43 所示。 M12 引腳 RTCVDD 是 RTC 模塊的 電壓，用電池供電保證系統(tǒng)的掉電后保持實時時鐘。 電源模塊 S3C2410 在運作時所需要的電壓為 ， I/O 端口和外部設(shè)備需要的電壓則為 。當(dāng) SDRAM 出現(xiàn)掉電時支持自動刷新。 兩種存儲器的 BANK 可用在 SDRAM、 SRAM 與 ROM（同步的隨機的存儲器）。加在一起共 8種存儲器的 BANK。從 BANK0到 BANK6則是系統(tǒng)固定的起始地址。 （ 2）系統(tǒng)管理。 16/32位 RISC 的體系結(jié)構(gòu) ，而使用了 ARM920T 的 CPU 內(nèi)核的強大的指令集。 內(nèi)置 PLL 的芯片。 8通道10位 ADC。 56個中斷源。 2種 USB 的接口。 3種通用異步的串行端口， 2個通道的 SPI 一個多主 I2C 總線，一個 I2S 總線的控制器。支持 TFT的 LCD 控制器。它內(nèi)部的電壓 ，存儲器的電壓則為，外部電壓 I/O 為 ， 16KB 的數(shù)據(jù) cache， 16KB 的指令 cache， MMU（存儲管理單元）。該處理器帶有獨立的指令 Cache 和數(shù)據(jù) Cache，MMU，還支持 TFT 的 LCD 控制器， NAND 閃存 控制器， 3路 UART， 4路 DMA， 4路帶 PWM 的Timer ， I/O 口， RTC， 8路 10位 ADC， Touch Screen 接口， IICBUS 接口， IISBUS 接口， 2個 USB 主機， 1個 USB 設(shè)備， SD主機和 MMC 接口， 2路 SPI。在綜合了成本、功耗、性能 17 等多方面的優(yōu)勢，我們最終選擇了韓國三星（ Samsung）公司推出的 32位微處理器S3C2410。 S 3 C 2 4 1 0電 源 、 晶 振J T A G復(fù) 位 電 路串 口 電 路S D R A MN a n d F l a s h 圖 41 系統(tǒng)硬件原理圖 器件 選型和單元電路設(shè)計 嵌入式微處理器 ARM 系列的微處理器在速度、集成性能、功耗等方面都要有優(yōu)勢。家庭的局域網(wǎng)內(nèi)部設(shè)計采用的是 ZigBee 技術(shù)，所以硬件的部分工作自然而然地設(shè)計的是無線收發(fā)信息，而且采用的則是先進(jìn)的 CC2430為芯片的無線的單片機。首先需要在此操作系統(tǒng)中建立一個嵌入式的 Web 服 務(wù)器，一種用戶能用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器實行遠(yuǎn)程的訪問服務(wù)器。 16 第 4 章 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖簡介 本章主要的目的是介紹一下系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計原理，系統(tǒng)主要用到 ARM 的微處理器（ S3C2410），下面給出系統(tǒng)設(shè)計的原理圖與一些電路圖。不僅本地的監(jiān)控程序通過本地 PC 機的串口模塊進(jìn)行接收和處理來自控制中心所發(fā)送數(shù)據(jù)，然后利用了計算機的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給了 遠(yuǎn)程的監(jiān)控程序 。 ZigBee 家庭的網(wǎng)絡(luò)連接子系統(tǒng)如圖 32所示 : 圖 32 ZigBee 的家庭網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)示意圖 15 一些用戶可以在遠(yuǎn)程的 PC機上監(jiān)控家庭網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)里面的各個設(shè)備，但是除了上面所說的條件外還不夠，還要借助于對應(yīng)的軟件來實現(xiàn)，即為監(jiān)控子系統(tǒng)。現(xiàn)在假設(shè)家庭內(nèi)有五個房間，分別是臥室 1，臥室 2，客房，廚房和衛(wèi)生間，并且在每個房間內(nèi)都裝有 ZigBee 終端節(jié)點來模擬家庭里的設(shè)備：終端節(jié)點可以先通過路由節(jié)點過度，然后再通過控制中心通信，也可以直接和控制中心進(jìn)行通信。現(xiàn)在逐個分析他們的主要功能和作用。 以前的智能家居的系統(tǒng)一直存在著布線這一問題，所以本設(shè)計采用的是 ZigBee無線技術(shù)，它組建了家庭網(wǎng)絡(luò)，從而解決了傳統(tǒng)布線的問題。因此，為了避免此類事件發(fā)生，本設(shè)計中的網(wǎng)關(guān)采用的是本地 PC機與控制的中心共同構(gòu)成的。網(wǎng)絡(luò)的接口卡將本地的 PC 機和互聯(lián)網(wǎng)相互連接，從而連接到了 遠(yuǎn)程的終端。 （ 3）用計算機和智能手機組成外部的網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)網(wǎng) PC 機和智能手機作為遠(yuǎn)程的終端工 具。 13 燈 管 控 制 系 統(tǒng)智 能 家 用 電 器 管理 系 統(tǒng)無 線 環(huán) 境 監(jiān) 控系 統(tǒng)智 能 安 防 監(jiān) 控系 統(tǒng)家 庭 網(wǎng) 關(guān) 監(jiān) 控 中 心計 算 機 智 能 手 機吊 燈 、 臺 燈 、 白 熾燈智 能 冰 箱 、 空 調(diào)溫 度 采 集 、 可 燃 氣體 檢 測 、 煙 霧 報 警可 視 門 鈴 、 紅 外 探測無 線 Z i g B e e 網(wǎng) 絡(luò)G S M 網(wǎng) 絡(luò) 圖 31 整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖 現(xiàn)在具體分步 驟介紹整個系統(tǒng)： 基于以下因素考慮，本文把計算機作為智能家居的系統(tǒng)的主要外部網(wǎng)絡(luò) : （ 1）現(xiàn)在基本上家家戶戶都能使用到計算機，這給了智能家居系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ) 。遠(yuǎn)程計算機和智能手機組成了遠(yuǎn)程控制設(shè)備。 整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖設(shè)計方案 本系統(tǒng)的設(shè)計是由家庭內(nèi)部控制設(shè)備和遠(yuǎn)程控制設(shè)備組成。 而控制網(wǎng)絡(luò)中，它所涉及的范圍不是很大，設(shè)計的時候在室內(nèi)達(dá)到 30 多米的距離都 可以滿足需要。 傳感器和節(jié)點是智能家居中的主要接入點。本文的智能家居設(shè)計情況如下： 傳感器用電池供電，而家庭網(wǎng)關(guān)是用電源供電，這樣的話就可以節(jié)約相應(yīng)傳感器節(jié)點所帶來的不必要的電量損耗。 要想建立一個合理的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，需要一個合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來作為基礎(chǔ)。該系統(tǒng)在一些智能家居所必要的系統(tǒng) (家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、家居照明燈控制系統(tǒng)和智能家居中央控制管理系統(tǒng) )的基礎(chǔ)上，再加入家庭環(huán)境的控制系統(tǒng)、背景音樂控制系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與家居布線控制系統(tǒng)。 圖 21 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 12 第 3 章 本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 本系統(tǒng)解決方案 智能家居是以其住宅為載體的，它把許多有關(guān)的設(shè)備集合在一起，包括：音視頻的技術(shù)、安全防范的技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)、自動控制的技術(shù)、綜合布線的技術(shù)，構(gòu)建了比較豐富的住 宅設(shè)施和家庭內(nèi)部管理系統(tǒng)，從而進(jìn)一步地提高了家居的安全性、藝術(shù)性和便利性，更重要的是智能家居還能給用戶帶來一個即環(huán)保又節(jié)能的舒適環(huán)境。樹狀型和網(wǎng)狀型在等對等的網(wǎng)絡(luò)中，也存在一個 PAN 協(xié)調(diào)器，但 11 是它起到的作用主要是發(fā)起網(wǎng)絡(luò)個組網(wǎng)，還有就是和星型不同的是，它也不需要轉(zhuǎn)發(fā)它的所有信息。星型網(wǎng)絡(luò)是由一個協(xié)調(diào)器周圍連接多個終端節(jié)點而組合成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過終端點的所有信息都通過協(xié)調(diào)器來轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee 它支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)有：星型，樹狀型，網(wǎng)狀型。同時還合理定義了同一區(qū)域同時工作的多個，還可以共享空中通道。 控制層 （ MAC）：它可以解決在局域網(wǎng)中如果一個信道被多個使用產(chǎn)生競爭時，如何分配好信道的 使用權(quán)問題。 868/915MHz 物理層能運作在不同的頻帶上，在歐洲能運行在 868MHz頻帶上，在美國能運行在 915MHz 頻帶上，但和 物理層不同的是，該物理層不會受到其他標(biāo)準(zhǔn)的干擾，并且在運行的消耗上也比較低的。 物理層 （ PHY）： 物理層和 868/915MHz 物理層，兩個物理層存在著區(qū)別，他們的通頻不同。應(yīng)用層由應(yīng)用支持子層 (APS)、 ZigBee 設(shè)備對象（ ZOD）及廠商定義的應(yīng)用對象。反之，則將數(shù)據(jù) 包轉(zhuǎn)發(fā)給路由表下一節(jié)點 [16]； （ 3）配置新的器件參數(shù)：網(wǎng)絡(luò)層可以給網(wǎng)絡(luò)配置合適的協(xié)議； （ 4）建立有效的 PAN 網(wǎng)絡(luò)； （ 5）接入或脫離 PAN 網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)層可以提供接入或脫離網(wǎng)絡(luò)的功能，如果此節(jié)點是協(xié)調(diào)器或者路由器的話，還能夠要求它的子節(jié)點從網(wǎng)絡(luò)中脫離； 分配網(wǎng)絡(luò)地址：若本節(jié)點是協(xié)調(diào)器或者路由器的話，則接入該節(jié)點的子節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地 10 址就由網(wǎng)絡(luò)層控制； （ 6）發(fā)現(xiàn)相鄰節(jié)點：網(wǎng)絡(luò)層可以發(fā)現(xiàn)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)鄰居信息； （ 7）建立路由線路：網(wǎng)絡(luò)層能夠提供路由功能； （ 8）控制接收：網(wǎng)絡(luò)層可以控制著接收器的接收時間。 圖 ZigBee 堆 ?？蚣? 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層需要和 標(biāo)準(zhǔn)的功能要相互兼容，要保證 ZigBee 的介質(zhì)訪問控制層能平穩(wěn)正常的工作，而且還要為上面的應(yīng)用層提供合格的接口。 ZigBee 設(shè)備包括了 9 的物理層（ PHY）和控制層（ MAC），以及 ZigBee 堆棧層： APL、 NWK 和安全服務(wù)提供層。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。其使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療頻段， 915MHZ（美國）， （全球）， 868MHZ（歐洲）。 ZigBee 可以采用 3 種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它由一個主節(jié)點控制著若干個子節(jié)點，最多的一個主節(jié)點甚至可以控制多達(dá) 254 個子節(jié)點；與此同時，主節(jié)點還可以由上一層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可形成 65000 個節(jié)點的大型網(wǎng)絡(luò)。相比較而言，藍(lán)牙則需要3~10s， WiFi 則需要 3s。 （ 5）短時延。其傳輸范圍一般在 10~100m 間，在增加了發(fā)射功率之后，也可以增加到1~3km。 ZigBee 一般工作在 20~250kbps 速率，分別提供 250kbps、 40kbps和 20kbps的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足其低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求。它的每一塊芯片價格在 2 美元左右。 （ 2）低成本。在低耗電待機模式狀態(tài)下， 2 節(jié) 5 號的干電池就可以支持 1 個節(jié)點工作長達(dá) 24 個月，甚至更長時間。每個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量最多可以達(dá)到 65536 個。它的標(biāo)準(zhǔn)是由 委員會負(fù)責(zé)制定的，因而被 稱作 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。消耗電能小， UWB 不使用載波，只需要發(fā)出瞬間脈沖電波，并且在需要的時候才發(fā)送，所以消耗點能小。和藍(lán)牙相比，它的抗干擾能力強，傳輸速率高，最高可達(dá)到藍(lán)牙的 100 倍。通信速度在 250Kbit 到 10Mbit 之間。 超寬帶（ UWB）技術(shù)： 它是一種不用載波，而采用時間間隔極端的脈沖進(jìn)行通信的技術(shù)，也稱作脈沖無線電、時域或無載波通信。目前有 SIR、 FIR、 UFIR 等幾個協(xié)議版本，它的通信距離是從 5cm~1m 之間。 紅外技術(shù)（ IrDA 技術(shù)）： IrDA 在 1993 年成立。 WiFi 技術(shù) 最主要的優(yōu)勢在于 它 不需要 現(xiàn)場 布線，可以不受 到 布線條件所帶來的缺點。但在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩苑矫?，它比Bluetooth 技術(shù)稍微差一些。也被稱作為 。最初的標(biāo)準(zhǔn)是藍(lán)牙 ，而后來已經(jīng)構(gòu)建到現(xiàn)在很多的藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備中 [7]。它傳輸頻段則為全球公眾的通用 赫茲 ISM 頻段，它傳輸?shù)乃俾蕿?1Mpbs，傳輸?shù)木嚯x則為 10 米。迄今為止，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的短距離無線通信技術(shù)主要有以下幾種： 藍(lán)牙技術(shù)（ Bluetooth Technology） ： 藍(lán)牙技術(shù)在 1994 年問世，在被大家所關(guān)注一些近距離的無線連接的技術(shù)中，它則是一個語音通信與無 線數(shù)據(jù)開放性的全球典范，并且它以其低成本短距離的無線連接為基礎(chǔ)，可以為固定或者移動終端的設(shè)備帶來一些廉價接入的服務(wù)。 （ 6）嵌入式系統(tǒng)由于自身限制沒有開發(fā)能力，用戶在它被設(shè)計完成后也不能對程序進(jìn)行修改，所以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。 （ 5）嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用結(jié)合在一起的，更新?lián)Q代也是同時進(jìn)行的。 （ 4）高實時性。 （ 3）系統(tǒng)簡單。嵌入式系統(tǒng)的個性化較強，它通常針對一項特殊的任務(wù)。它和 windows 的內(nèi)核簡直沒有可比性。從定義中我們總結(jié)了幾個嵌入式系統(tǒng)的重要特征： （ 1）內(nèi)核比較小。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù) [15]，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。 物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實施智能控制，這就是我們嵌入式系統(tǒng)所能做到的。 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng) 隨著醫(yī)療電子、智能家居 、物流管理和電力控制等方面的不斷風(fēng)靡，嵌入式系統(tǒng)利用自身積累的底蘊經(jīng)驗，重視和把握這個機會，想辦法在已經(jīng)成熟的平臺和產(chǎn)品基礎(chǔ)上與應(yīng)用傳感單元的結(jié)合，擴(kuò)展物聯(lián)和感知的支持能力，發(fā)掘某種領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)很難給它下一個準(zhǔn)確的定義，根據(jù)英國電氣工程師協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特殊要求的事先定義好的任務(wù)，而國內(nèi)認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具