關(guān)于智能家電控制系統(tǒng)的研究分析

楊展華

【摘 要】本文主要設(shè)計(jì)一種以ARM為核心控制器、結(jié)合GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通過遠(yuǎn)程手機(jī)短信控制的智能家電控制系統(tǒng)方案，經(jīng)驗(yàn)證，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制要求，達(dá)到了預(yù)期控制目的。

【關(guān)鍵詞】智能家電；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0.引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于遠(yuǎn)程信息的傳遞與控制在當(dāng)今社會(huì)需求量越來越大。比如，可以通過手機(jī)運(yùn)用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。智能家居這個(gè)概念越來越多的受到人們關(guān)注，設(shè)計(jì)一個(gè)使用方便快捷、功能穩(wěn)定可靠且價(jià)格相對(duì)低廉的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能家居的前提。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以ARM控制器及GSM網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，結(jié)合了資源豐富且功能完善的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過以手機(jī)發(fā)送短信的形式，很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器開關(guān)的遠(yuǎn)程控制功能。

1.系統(tǒng)的硬件平臺(tái)

本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由用戶的無線終端設(shè)備（如手機(jī)）、GSM網(wǎng)絡(luò)、GSM模塊、微處理器單元及家電設(shè)備五個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1微處理器

選用低價(jià)實(shí)用的ARM9開發(fā)板友善之臂mini2440，它采用32位ARM920T的RISC處理器S3C2440為微處理器，實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，具有低功耗、高性能、體積小、接口多等優(yōu)良特性。另有大小為128Mbyte，型號(hào)為K9F1G08的NandFlash，用于存儲(chǔ)已調(diào)試好的嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。內(nèi)存為兩片外接的32Mbytes總共64Mbytes的SDRAM芯片，它們并接在一起形成32-bit的總線數(shù)據(jù)寬度，這樣可以增加訪問的速度。

此外，芯片自帶標(biāo)準(zhǔn)RS232接口的串口，可以用于與其它模塊的通信；USB接口可以燒寫Linux系統(tǒng)的相關(guān)程序；JTAG接口用于仿真調(diào)試程序；LCD顯示屏可以顯示信息。豐富的硬件資源 ，可簡化外圍設(shè)備與微處理器的硬件連接程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

1.2 GSM 模塊

采用西門子公司的新一代無線通信GSM模塊TC35i，它支持短消息、數(shù)據(jù)、語音傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。模塊可以工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8V。模塊一般采用串行異步通信接口，波特率通常為9600bps，支持TXT和PDU模式的短消息，具有AT 命令集接口，可以很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，模塊上有RS232接口、SIM卡接口、電源接口等，使之更加適用于嵌入式系統(tǒng)。先用RS232串口線將電腦與ARM的UART接口0連接，用超級(jí)終端進(jìn)行調(diào)試，再將電腦與GSM模塊相連用串口調(diào)試助手進(jìn)行測試，看能否實(shí)現(xiàn)通信。由于串口線的分直連和和交叉兩種，所以都要準(zhǔn)備。當(dāng)調(diào)試成功后，將TC35i與ARM的UART接口1進(jìn)行硬件連接，對(duì)系統(tǒng)上電復(fù)位后，設(shè)置好ARM的串口和工作頻率，對(duì)GSM模塊進(jìn)行初有始化，然后設(shè)置服務(wù)中心號(hào)碼和目標(biāo)號(hào)碼，就能完成與用戶的短信收發(fā)功能。

2.系統(tǒng)的軟件平臺(tái)

本設(shè)計(jì)的智能家居是以ARM微處理器作為控制中心的，系統(tǒng)軟件平臺(tái)的操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux系統(tǒng)，所以軟件設(shè)計(jì)主要包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植和系統(tǒng)上應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

2.1 Linux 系統(tǒng)的移植

嵌入式Linux系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到ARM上，主要有三大部分：（1）Bootloader部分，也就是引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)，一般都有現(xiàn)成的移植程序，如U-boot；（2）Linux內(nèi)核，通過修改內(nèi)核源代碼以及內(nèi)核的剪裁，編譯等；（3）制作文件系統(tǒng)。

2.1.1 Bootloader的移植

作為嵌入式系統(tǒng)軟件的最底層，Bootloader是上電后啟動(dòng)運(yùn)行的第一個(gè)程序，它類似于PC機(jī)上的BIOS程序功能，主要負(fù)責(zé)整個(gè)硬件系統(tǒng)的初始化和軟件系統(tǒng)啟動(dòng)的準(zhǔn)備工作。U-boot是德國DENX小組開發(fā)用于支持多種嵌入式CPU的Bootloader程序，可以直接支持基于ARM 2440的嵌入式平臺(tái)，移植工作主要是修改一些與硬件相關(guān)的smdk2440.h，flash.c，s3c2440.c，makefile等文件。完成文件修改后，就可以用安裝好的交叉編譯器arm-linux-gcc-進(jìn)行交叉編譯，生成U-boot.bin文件，然后通過JTAG接口燒寫到flash中就可以從NADA flash啟動(dòng)了。

2.1.2配置和編譯Linux系統(tǒng)內(nèi)核

由于開發(fā)板是ARM處理器架構(gòu)，所以必須確保根目錄中makefile里“ARCH”的值已設(shè)定了開發(fā)板的類型，接下來進(jìn)行內(nèi)核配置，最常用的配制方法是在源碼相應(yīng)目錄下執(zhí)行“make menuconfig”，進(jìn)入基于文本選單的配置界面，可對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁剪。裁剪完后即可編譯內(nèi)核，主要通過建立內(nèi)核依賴關(guān)系，創(chuàng)建內(nèi)核映像文件及創(chuàng)建內(nèi)核模塊三部分編譯，執(zhí)行make up指令，生成內(nèi)核映像文件“zImage”。最后，將內(nèi)核壓縮文件下載到開發(fā)板上運(yùn)行。

2.1.3制作文件系統(tǒng)

加載根文件系統(tǒng)是Linux系統(tǒng)啟動(dòng)中不可或缺的一部分，否則系統(tǒng)在進(jìn)行了一些初始化工作后，就不能正常啟動(dòng)。因此，可以先用busybox軟件工具構(gòu)建cramfs文件系統(tǒng)，然后用工具mkcramfs制作cramfs映像文件，最后將新創(chuàng)建的new.cramfs映像文件燒入到開發(fā)板的相應(yīng)位置即可。

2.2應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

控制中心的應(yīng)用程序包括串口和GSM模塊的初始化，短信的收發(fā)，控制命令的定義，短信內(nèi)容的解析及命令的執(zhí)行。其中最主要的是短信的發(fā)送和接收，它是使用AT指令通過串口與TC35i通信，讀取和發(fā)送短信，對(duì)外設(shè)做出控制動(dòng)作。和本系統(tǒng)有關(guān)用于發(fā)送和接收短信的AT指令如表1所示。

短消息的格式一般有PDU和TXT兩種，我們要發(fā)送中文短信，所以通過發(fā)送AT+CMGF=O指令選擇PDU短信模式，采用UCS2的編碼方式對(duì)發(fā)送的中文短信內(nèi)容進(jìn)行編碼。程序的流程圖如圖2所示。

3.結(jié)語

本設(shè)計(jì)通過ARM9芯片控制GSM模塊，利用GSM通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信的形式對(duì)家用電器進(jìn)行控制，既方便又安全。同時(shí)移植了實(shí)時(shí)性好，穩(wěn)定性高的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從而一改以往體積龐大，高成本的系統(tǒng)。相信隨著通信事業(yè)的發(fā)展，基于ARM和GSM的短信息家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

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