基于GSM及ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

　　目前人們的家居生活中應(yīng)用了大量的日用電器，但是這些日用電器都要人們?nèi)ブ苯硬倏?，雖然可以用一些定時(shí)操控，但是功能有限，靈活性很差。而作為移動(dòng)終端的手機(jī)在不斷的普及，開發(fā)它的擴(kuò)展應(yīng)用將是有廣大的配備基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)前景的，可以利用手機(jī)終端依托公眾信息網(wǎng)，控制家電，并查詢家中狀況。本文討論的是將信息處理的技術(shù)與對(duì)設(shè)備的操控結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字家居的一種嘗試，使人們能享受到信息革命給生活帶來(lái)的便利。本文創(chuàng)新點(diǎn)在于用ZigBee技術(shù)進(jìn)行家庭組網(wǎng)結(jié)合DSP技術(shù)與短信方式來(lái)完成遠(yuǎn)程設(shè)備與用戶之間的通信。這樣網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，實(shí)現(xiàn)控制與監(jiān)測(cè)時(shí)具有不需撥號(hào)、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢(shì)，而且不必重新布電網(wǎng)，可以節(jié)約財(cái)力、物力和人力穩(wěn)定可靠，易于實(shí)現(xiàn)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　智能家居系統(tǒng)具有對(duì)家庭中的各種設(shè)備遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程查詢、集中管理功能，為用戶提供更為舒適，方便的生活方式。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是家電控制。ZigBee通信子節(jié)點(diǎn)需具備脈沖量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集、模擬量數(shù)據(jù)采集、繼電器觸點(diǎn)輸出等功能，而主節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)功能齊全的FFD設(shè)備，對(duì)家庭子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的管理，并與家居服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和子節(jié)點(diǎn)的信息交互本設(shè)計(jì)中家庭內(nèi)部節(jié)點(diǎn)主要由射頻芯片CC2430和TMS320VC5402芯片組成，CC2430是符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)（MAC、和PHY層）的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊。TMS320VC5402芯片用來(lái)控制CC2430ZigBee模塊的運(yùn)行，并且與GSM模塊通過MAX3111進(jìn)行連接，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊。我們將ZigBee的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和GSM模塊集成在一塊板子。節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)用戶有控制信號(hào)或者數(shù)據(jù)采集要求時(shí)采用中斷將節(jié)點(diǎn)喚醒，完成數(shù)據(jù)采集或控制任務(wù)，并上報(bào)相關(guān)信息。

　　系統(tǒng)構(gòu)成圖如下所示：

　　主控中心模塊它承擔(dān)著短信的接收，命令的判斷，執(zhí)行命令的發(fā)出或直接驅(qū)動(dòng)，并將機(jī)器的工作狀態(tài)用短信發(fā)給移動(dòng)終端。

　　這種工作可以選用低價(jià)普通的C51單片機(jī)。但考慮要在以后擴(kuò)展基于圖像的彩信反饋的應(yīng)用，所以在本設(shè)計(jì)中控制器的處理機(jī)選用了TMS320VC5402芯片。DSP主控模塊采用了TMS320VC5402EVM評(píng)估板及仿真器。TMS320VC5402EVM提供了2個(gè)BCMSP的直聯(lián)接線口J6,J7和PHI的驅(qū)動(dòng)口J2及J5與仿真器的接口連接。該板有512KRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，64KRAM作為程序儲(chǔ)存。4KFLASH存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)需保留的數(shù)據(jù)。

　　TMS320VC5402要與GSM模塊相連就要擴(kuò)展RS232接口，TMS320VC5402只提供了2個(gè)多通道帶緩沖同步串行口MCBSP0,MCBSP1。如果實(shí)現(xiàn)對(duì)接，就要對(duì)MCBSP串口進(jìn)行轉(zhuǎn)換。我們這里使用的是MAX3111芯片。MAX3111芯片具有尺寸小，價(jià)格低，功耗少，通信速率高等特點(diǎn)。用MAX3111芯片實(shí)現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)接口到異步串行口（RS-232）的轉(zhuǎn)換?？膳cH6221的RS232口相連。MAX3111包括UART和RS-232兩個(gè)部分，其中UART部分包括兼容SPI的串行口，可編程波特率發(fā)生器，發(fā)送緩沖器及發(fā)送移位寄存器，接收緩沖器，接收移位寄存器，8字節(jié)接收FIFO,以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產(chǎn)生器。而RS232部分包括自帶電容的電泵。

　　由于MAX3111是3.3V器件，TMS320VC5402的MCBSP串行接口工作SPI模式時(shí)可直接與MAX3111連接實(shí)現(xiàn)與RS232設(shè)備異步數(shù)據(jù)傳輸。此時(shí)TMS320VC5402作為SQI協(xié)議中的主設(shè)備，發(fā)送時(shí)解信號(hào)（BCLKX）作為MAX3111的串行時(shí)解輸入，發(fā)送幀同步信號(hào)（BFSX）作為MAX3111的原選信號(hào)（TCS）。BDX與DIN連接作為發(fā)送數(shù)據(jù)線。BDR與DOUT作為接收數(shù)據(jù)線。