智能家居主控模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前智能家居流行的組網(wǎng)方案有4類：基于TcP／IP協(xié)議的控制網(wǎng)絡(luò)；基于EIB(European Installation Bus)總線的控制網(wǎng)絡(luò)；基于電力載波的控制網(wǎng)絡(luò)；基于無線協(xié)議(zigBee)的控制網(wǎng)絡(luò)。本文采用TCP／IP協(xié)議與CAN總線協(xié)議，兩種協(xié)議取長(zhǎng)補(bǔ)短，使整個(gè)系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定，功能更加豐富。
完整的智能家居系統(tǒng)包括5個(gè)部分：主控模塊、電器控制子系統(tǒng)、照明控制子系統(tǒng)、安全控制子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)，5個(gè)部分功能上各司其職，邏輯上構(gòu)成一個(gè)完整的控制實(shí)體。整個(gè)系統(tǒng)為人們提供智能、舒適、安全的家庭環(huán)境，同時(shí)提供遠(yuǎn)程信息監(jiān)控能力。
主控模塊是智能家居的大腦，子系統(tǒng)是智能家居的四肢。主控模塊，負(fù)責(zé)子系統(tǒng)的信息集中、存儲(chǔ)、分析和決策。嵌入式芯片發(fā)展使主控模塊越來越精巧，功能日益豐富。
電器控制子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控電器的運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行主控模塊的控制指令。網(wǎng)絡(luò)家電的發(fā)展掃清了不同家電的識(shí)別和互連的障礙，也簡(jiǎn)化了電器控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。照明控制子系統(tǒng)，又名情景控制，核心是對(duì)光影和色彩的智能控制。該子系統(tǒng)控制燈光在角度、明暗、顏色等方面的組合以滿足不同的情景需求。該子系統(tǒng)也滿足時(shí)間控制的概念，具有機(jī)械動(dòng)作傳感器、人體移動(dòng)傳感器和照度傳感器等。
安全控制子系統(tǒng)，針對(duì)引起安全問題的諸多因素，起到防范和報(bào)警的作用，煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器負(fù)責(zé)環(huán)境安全控制；可視對(duì)講系統(tǒng)預(yù)防陌生人的干擾；門磁傳感器和窗磁傳感器起到防盜作用。
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)子系統(tǒng)，滿足家庭網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)控制功能。孤立的家庭網(wǎng)絡(luò)使智能家居大打折扣，而和GPRS(General Packet Radio Service)網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)，又使智能家居別樣精彩。
智能家居系統(tǒng)的組成如圖1所示。智能家居是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，主控模塊是系統(tǒng)的控制中樞和通信中樞，家庭網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)信息流和控制流。家居中的設(shè)備眾多，設(shè)備的接口各異，要實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的智能控制面對(duì)巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)目前智能家居系統(tǒng)功能單一、聯(lián)網(wǎng)能力差的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用分布式技術(shù)、總線技術(shù)和嵌入式技術(shù)構(gòu)造了一個(gè)多功能、通信能力強(qiáng)的智能家居主控模塊。

1 主控模塊的功能和硬件設(shè)計(jì)
嵌入式技術(shù)的發(fā)展，特別是嵌入式控制芯片在功耗、速度、集成度方面的持續(xù)發(fā)展，使用單片控制芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的控制成為可能。主控模塊從圖2中可以看出要完成以下工作：和子系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)、GPRS通信功能、以太網(wǎng)通信功能、顯示功能、監(jiān)控軟件等。其中GPRS通信和以太網(wǎng)通信邏輯上屬于網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)，但是這兩種功能是在主控模塊上實(shí)現(xiàn)的，這樣一方面提高了集成度和穩(wěn)定性；另一方面充分利用了主控模塊在硬件和軟件上的資源。
ARM芯片選用S3C2410，該芯片的很多特性很適合做智能家居的主控模塊。內(nèi)置的STN／CSTN／TFT LCD控制器和4線制電阻式觸摸屏控制器簡(jiǎn)化液晶顯示的電路設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)工作頻率為203 MHz，運(yùn)算能力強(qiáng)，功耗低，可滿足主控模塊的運(yùn)算要求；外圍接口豐富，為主控模塊的聯(lián)網(wǎng)功能提供良好的支持。GPRS模塊選用支持AT命令集的西門子MC35I模塊，它與主控模塊通過串口進(jìn)行通信；以太網(wǎng)芯片選用Realtek RTL8139以太網(wǎng)控制器；主控模塊和子系統(tǒng)之間由CAN總線組網(wǎng)，主控模塊上相應(yīng)的有CAN通信電路；FLASH，SDRAM,EEPROM和SD卡都是信息存儲(chǔ)介質(zhì)，設(shè)計(jì)EEPROM來存儲(chǔ)系統(tǒng)配置信息，配置64 MB NANDFLASH和64 MB SDRAM；語音電路輸出提醒或警告聲音等；信息包含時(shí)間信息才有意義，主控模塊上時(shí)鐘電路提供精確的時(shí)間；液晶屏可以直觀地顯示各種信息，有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的親和力，選用8．O英寸TFT液晶屏。