基于ARM11S3C6410与GPRS的智能家居远程控制系统

摘 要： 该设计以ARM11S3C6410控制芯片为核心控制器，通过ZigBee无线通信技术组建的系统内部网络与各类传感器协作进行实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，完成对家居的统一协议控制，通过GPRS进行远程数据的发送与处理，实现家居的远程控制及智能化。

关键词： ARM11S3C6410； ZigBee； GPRS； 智能家居

中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）05⁃0027⁃04

Remotely controlled smart home system based on ARM11S3C6410 and GPRS

LIU Meng⁃ting1， ZHAO Li⁃hong2

（1. Zhuhai College of Jilin University， Zhuhai 519041， China； 2. Shenzhen Aoto Electronics Co.， Ltd.， Shenzhen 518057， China）

Abstract： ARM11S3C6410 is taken as a core microprocessor of the system， in which the information of the monitored environments and objects are monitored， perceived and collected in real time by sensors and internal network based on ZigBee wireless communication technology to achieve the unified protocol control of home appliances. The remote data is sent and processed through GPRS to realize the remote control and intelligentization of home appliances.

Keywords： ARM11S3C6410； ZigBee； GPRS； smart home appliance

0 引 言

在当今社会，人们的生活水平普遍提高，时代要求在不停的改变，使得现代人对居住环境有了不一样的更高的要求，这就需要提供能满足人们需求的产品。智能的家居系统，不仅显示出了高的档次，而且更方便，可更好地满足人们的享受要求。因其家家户户都可使用，因此该产品具有广阔的市场前景。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有害气体的泄露实行自动报警；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。但由于目前无线通信技术运行费用高等弊端，智能家居控制与外网无线通信技术成为导致市场接受度低的重要因素，而GPRS系统的特点能够很好地解决该问题。GPRS网络通信业务是通信公司推出的一项数据传输通信业务，在GPRS网络覆盖区域内，传输距离不受限制，通信费用相对低廉，传输速率较快。

本文在家庭智能系统及GPRS技术的基础上提出了基于ARM11S3C6410与GPRS的智能家居远程控制系统的总体解决方案。

1 系统总体控制设计方案

本设计采用ARM11S3C6410为核心芯片的控制器，可采用Linux嵌入式系统设计，能够自动运行、处理数据，通过串口管理、无线网络来控制各控制终端。并且控制器通过GPRS模块，实现家庭系统与手机的通信，使用户可以通过短信方式实现家庭系统的远程控制，同时，控制器还通过触摸屏为用户提供人机界面，方便用户实现本地控制。控制终端为单片机组成若干小的控制系统控制各家用设备，并通过控制总线将这些小的控制系统组成网络，连接到智能家居总控制器。系统总体控制设计方案图如图1所示。

2 系统的硬件设计

本系统使用ARM11S3C6410和AT89C51为控制核心，ARM11S3C6410作为总控制器核心，AT89C51作为各节点控制核心，相互之间采用ZigBee无线数据通信，总控制器还可通过GPRS和手机进行远程通信，系统的硬件设计框图如图2所示。

本系统以ARM11S3C6410为核心器件，其他主要模块有单片机控制系统、ZigBee无线模块、语音提示模块、火警及烟雾探测器、温度检测模块、电机驱动模块、稳压电源模块、液晶显示屏模块、数字时钟模块。其中电机驱动模块采用L298N实现电机的驱动；温度检测模块采用一线器件DS1820，DS1820数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值，通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS1820之间仅需一条连接线（加上地线），用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。由于每个DS1820都有一个独特的片序列号，所以多只DS1820可以同时连接在一根单线总线上，这样可以把温度传感器放在多个不同的地方进行检测。语音提示模块采用具有单片机核的语音芯片WT588D，液晶模块采用LCD12864及LCD1602进行实时显示，ZigBee无线传输控制模块采用了UART接口半双工无线传输的XL02⁃232AP1，实现设备间的数据透明传输，电源模块采用了线性LM7805和开关稳压芯片LM2576，给整个系统提供+5 V的电源。

3 系统GPRS通信与ZigBee无线数据传输

系统通过近距离无线数据通信与家庭内部各个房间控制器进行短距离的数据采集与控制，通过GPRS进行远程数据的发送与处理，可以将房间内的防盗信息与火警信息发送给远离房间的主人手机，并可以通过主人手机发送的控制信息控制房间内的相应系统。

3.1 GPRS通信

系统采用ARM11S3C6410为核心的控制器所提供的串口3与GPRS模块进行连接。GPRS通信模块采用Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24GPRSOEM，主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS 232串口组成，模块供电电压为5 V。G24收发模块采用AT指令操作，通过RS 232串行口进行数据通信，首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上，然后通过GGSN节点由PPP（Point to Point Protocol）协议获得一个随机分配的IP地址，连接到Internet上，最后通信终端模块通过Internet，按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。

（1） 测试G24通信是否正常

首先选择串行口并设置波特率，G24波特率的范围为600～460 800 b/s，支持自动波特率侦听，能够自动与监控中心通信模块的波特率保持一致。发送“AT”，如果模块返回“OK”，则通信正常，否则重发。

（2） 接入Internet

首先测试当地是否有GPRS覆盖，向模块发送“AT+CGPRS？”，如果返回“+CGPRS：1”，则有GPRS覆盖，否则隔5 s后再次检测。然后发送“AT+CGATT=1”使模块附在GPRS网络上。最后发送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通过PPP协议建立与GGSN的无线连接，获得一个动态的IP地址，接入Internet。

（3） 连接监控中心

向模块发送“AT+MIPOPEN=<″DestinationAddress″>”建立与监控中心通信连接。如果返回“+MIPOPEN：SocketID，1”，则说明与监控中心建立了通信连接，如果返回“+MIPSTAT：1，1”，则说明有物理链接中断，须重新进行连接。

（4） 数据收发

与监控中心建立通信连接后，就可以进行数据收发了。发送数据用“AT+MIPSEND=1，′Data′；+MIPPUSH=1”。“Data”表示要发送的数据，本设计采用了G24默认的ASCII码编码，须用十六进制的ASCII码形式表示。一旦有数据到达，G24模块就会通过RS 232串行口返回“+MIPRTCP：，，”。其中Left是一个十进制的数字，表示还有多少个字符在协议栈中尚未接收，如果数据全部接收，则Left为0；接收到的数据“Data”是十六进制的ASCII码形式。

（5） 断开通信连接

向模块发送“AT+MIPCLOSE=SocketID”，模块返回“OK”，表示断开成功。

3.2 系统ZigBee无线数据传输

ZigBee技术主要用于近距离无线连接。ZigBee家庭无线网络是本智能家居系统中最重要的部分，主要负责监控家庭中的各种信息，采集相关数据，并将内部处理过的数据存储到家庭网关中。终端节点由传感器和ZigBee模块构成，负责监控信息和采集数据；协调器节点创建和管理网络，收集数据和传输来自家庭网关的命令，由一个ZigBee模块充当。终端节点和协调器节点共同构成了内部网的ZigBee无线网络部分。根据ZigBee协议规定，一个ZigBee网络必须包括一个全功能节点作为协调器（coordinator），以建立、管理和维护网络。在智能家居网络中由于采用星型拓扑结构，通信距离短，各个ZigBee终端不需通过路由器节点（router）就可直接与协调器进行通信。

系统采用基于RF2401的XL02⁃232AP1模块与ARM11S3C6410控制器所提供的串口2连接实现数据传输，使用该无线网络实现家庭内部各种参数的采集，包括温度、湿度、人体、烟雾、火警信息等的数据采集，也实现控制命令的传输，包括LED灯的控制，空调控制、电视控制等数据的传输，数据传输网络如图3所示。

4 系统软件

智能家居系统以无线网络技术为通信平台，采用分散智能终端层即由具有智能终端特性（即信号采集处理、输出控制和数据通信功能）的各种不同的安防系统，家电控制，家庭照明、家庭安防、温湿度数据采集和通信系统模块组成。分散智能终端层设计完成如何实现在兼容现有家电设备的前提下，将以上各种不同设备链接入智能家居网络之中，完成基于无线网络的数据通信传输。智能终端模块软件完成智能终端与主控中心的通信、侦测主控中心的指令、响应对应指令操作、终端硬件管理、数据采集及输出控制等功能。

分散智能终端软件流程图如图5所示。

系统程序主函数如下：

int main（ int argc， char ** argv ）

{

//QTextCodec：：setCodecForTr（ QTextCodec：：codecForName（″utf8″） ）；

fd1=open（″/dev/ttySAC1″，O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY，0666）；//，O_RDWRIO_NOCTTY）；

if （fd1>0）

perror（″open succesfull＼n″）；

else

perror（″open failure＼n″）；

set_Parity（fd1， 8， 1， ′N′）；

set_speed（fd1， 9600）；

//tcsetattr（fd1， TCSANOW， &options）；

baud = GetBaudRate（115200） ；

tty_init（）；

QApplication a（ argc， argv ）；

Form1 w；

a.connect（ &a， SIGNAL（ lastWindowClosed（） ）， &a， SLOT（quit（） ） ）；

//a.setMainWidget（&w）；

w.setFont（QFont（″Times″，48，QFont：：Bold））；

w.showFullScreen（）；

//a.setGlobalMouseTracking（ TRUE ）；

return a.exec（）；

}

5 结 语

系统的设计利用ARM11S3C6410的硬件功能及处理速度，完成了GPRS远程通信， ZigBee无线数据传送等多项技术难点，实现了家居室内多个房间安全状况的集中监控与管理，还实现了对家用电器等的远程控制。试验产品控制效果良好，验证了本系统的先进性、稳定性与实用性，具有推广与应用的价值。

参考文献

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