zigbee 无线通讯与linux嵌入式操作体系是电子人都常常触摸的，在这里咱们规划了一种以ARM 芯片S3C2440 为硬件渠道，依据linux 嵌入式操作体系所完成的CMU 操控器。通过zigbee 无线通讯协议将CMU 与各个家电无线节点和传感器节点相连，并通过无线路由器衔接以太网完成长途操控的智能家居网络体系。在硬件芯片挑选和电路规划方面优化了体系的结构，大大降低了体系的本钱，改进了体系的功用。
伴随着数字化、网络化的进程。智能化的浪潮席卷了国际的每个旮旯，成为势不可挡的前史趋势，在这种方法下智能网络家居技能应运而生，它依托3C技能（Computer TechnologyCommunication Technology Control Technology），并结合信息、家电的开展，为用户供给了一种愈加安全、舒适、便利、便利的智能化的自在生活空间。但在国内智能家居体系的研讨没有一个一致的规范，各种研讨计划都具有其优缺点，所以研讨一套完善的智能家居体系就具有了实践的含义。
本规划选用zigbee 无线通讯规范将家庭中各个家电无线节点衔接起来，舍去了实践线路衔接时所发生的布线烦恼；别的zigbee 协议首要在低端8 位或16 位单片机上完成，而单片机的数据传输才能有限。假如选用PC 机不只功耗大而且价格昂贵，关于传输率不大的传感器网络来说非常浪费资源。所以本规划开发依据ARM系列嵌入式芯片为中心处理器的中心办理单元。降低了本钱，减小了功耗，并通过重复测验取得了杰出的作用。
1 体系的全体规划
智能家居体系的规划首要由中心办理单元CMU（Central Mangement Unit）、传感器节点、无线路由器和家电设备组成。其间每台家电设备均增加有无线节点。体系全体结构如下图1 所示。
CMU 为整个体系的中心部分，扩展有射频模块，是完成智能家居内、外网衔接的纽带。
CMU与每台家电设备和传感器节点通过zigbee无线通讯协议组成了一个小型的家居“物联网”。各设备节点与CMU 相互通讯，完成智能联动操控操作。如：家电智能操控方面，定时开关电器或许依据动态收集的室内温湿度数据，智能操控空调作业状况；灯火智能操控方面，依据不同的室内自然光强度，智能操控灯管的发光强度。
一起，CMU 与无线路由器相连，无线路由器则通过以太网衔接到WEB 上，完成长途操控。
2 zigbee 无线通讯结构
无线通讯的方法有多样，与蓝牙、Wi-Fi、GSM 移动通讯方法比较，zigbee 联盟拟定的zigbee 方法具有功耗低、数据传输牢靠、兼容性好、完本钱钱低以及组网便利的长处，非常合适低速率传输的智能家居体系无线传感器网络。
zigbee是专门为低速率操控网络指定的规范无线网络协议。它在物理层、MAC（MediaAccess Control ）层和数据链接层上选用了IEEE802.15.4 协议规范，一起进行了完善和扩展。其网络层、运用会聚层和高档运用规范接口（API）都由zigbee 联盟拟定，整个协议的框架结构如下图2 所示。
3 硬件规划
3.1 CMU整体硬件结构。
CMU 选用三星ARM920T 内核处理器S3C2440A 芯片，作业主频为400MHZ，外部扩展64MB SDRAM，2MBNorFlash 和64MB NandFlash，通过UART 口扩展ATMEL 公司的Atmega128L 8 位系列单片机来实时操控射频芯片CC2420 来与外部网络进行衔接。处理器外接3 寸TFT 触摸屏作为人机交互界面。在硬件PCB 规划上，体系选用中心板 + 底板的形式，中心板选用六层板工艺，首要散布体系的CPU、存储器、内核电源，底板首要散布各种接口，Atmegal 128L 单片机、CC2420 芯片。硬件结构框图如下图3 所示：
3.2 处理器单元
现在 zigbee 协议首要在低端8 位或16 位单片机上完成。关于CMU 节点而言，其数据处理才能不强，且限于本身的硬件资源，很少能完成杰出的人机交互界面。对功用要求较高的CMU，这种构架很难满意运用的需求。而依据PC机的CMU节点，不光体积大、价格高而且功耗大，关于传输率不大的传感器网络来说非常浪费资源，所以本规划开发依据ARM系列嵌入式芯片为中心处理器的CMU。选用韩国三星公司推出的S3C2440A 芯片作为处理器单元。
S3C2440A 是32 位RISC 微处理器，其CPU 选用的是ARM920T 内核，具有丰厚的片内外设，低价格低功耗，高功用等长处。具有16KB指令Cache，16KB数据Cache和存储器办理单元MMU。处理器结构图如下图4 所示：
该芯片可运转干流的Linux、Windows CE、Andorid 等嵌入式操作体系。一起处理器供给丰厚的体系外设操控器。一般情况下无需额定扩展体系组件，然后大大减小了体系的复杂度和本钱，是智能家居操控处理器的绝佳挑选。
3.3 存储器扩展
3.3.1 SDRAM 扩展
本体系运用的嵌入式操作体系为Linux 操作体系，在编译、定制内核时，内核文件zImage.bin 文件巨细为2.1MB，操作体系彻底加载时文件体系root.bin 文件巨细为34MB，加上上层运用程序运转时会耗费一部分内存，运用两片32MB 的内存为最佳挑选。
3.3.2 Flash 扩展
本体系扩展的Flash 有两种，Nor Flash 为2M*16Bit，Nand Flash 为64*8Bit［4］，Nor Flash写入、擦除速度较慢，读取速度较快，本钱较高小容量存储，用于存储体系启动Bootloader代码，Nand Flash 特色正好与Nor Flash 相反，大容量存储。用于存储操作体系文件和运用程序。
3.3.3 射频单元
本规划射频芯片选用挪威Chipco 公司的cc2420 芯片。该芯片依据Chipco 公司Smart RF03 技能。以0.18um CMOS 工艺制成。只需很少外部%&&&&&%，功用安稳且功耗极低。cc2420的挑选性和敏感性指数超过了 IEEE 802.15.4 规范的需求，可确保短间隔通讯的有效性和牢靠性，使用此芯片开发的无线通讯设备支撑数据传输率高达250kbps，能够完成多点对多点快速组网。硬件运用电路如下图5 所示：
图5 CC2420 硬件电路
4 软件规划
通过天线接纳设备无线节点传输过来的数据帧，通过CC2420 主动校验。若无误则通过解码、译码，然后通过SPI 接口送往ATmega128L，再通过串口UART1 送往S3C2440，经数据处理后显现于相应的LCD 触摸屏上。
4.1 体系主程序规划
CMU以及节点的程序流程图，别离见图6 和7。在CMU中先初始化LCD 及射频芯片，然后程序开端初始化协议栈并翻开中止。之后程序开端格式化一个网络。最终处理函数apsFSM（）（在APS 层上完成的FSM（有限状况机））监控中的zigbee 信号。假如现在有节点参加网络，则LCD 和串口输出都会给节点分配网络地址。相同函数apsFSM（）里接纳节点发送过来的温度传感器收集到的数值及一些按键操作，并在LCD 上显现处理，也一起从串口发送出来。
4.2 处理器软件结构
处理器选用嵌入式Linux 操作体系，在原Bootloader、Kernel 上修正文件体系，增加GUI运用程序，并修正体系启动脚本使运用程序在体系启动时自运转。软件结构如图8 所示。
5 测验与剖析
为了确保智能家居体系运转的安稳性，咱们将主控设备装入模具中进行了一周高温测验，体系一向坚持了安稳的作业状况，一起对CMU温度进行了丈量，环境温度与CMU温度的比较如下图所示，理论情况下，CMU 作业的最大温度为45°C，由下图6.9 看出，CMU作业的温度归于正常规模。
一起对智能家居体系的家居设备无线节点进行了功用测验。测验条件为：1、用障碍物将CMU 模块与家居设备无线节点离隔；2、CMU 模块的波特率为250kbps；3、每一帧数据为64 字节；5、每次测验数据发送1000 帧，发送间隔为200ms 。试验成果如表1 所示，由表能够看出，体系假如要正常作业，需坚持在200m间隔规模内。
6 定论
本文从智能家居体系规划的本钱、功耗、功用等方面动身，规划出一种可行的智能家居体系的构建计划。以高功用、低功耗的S3C2440 芯片装载linux 嵌入式体系作为中心办理单元的处理器，用zigbee 无线通讯协议完成CMU、无线家居设备节点、无线传感器节点的互联和互动，使之成为一个小型的家居“物联网”而且使用老练的Internet网络完成了长途操控。并在硬件芯片挑选和电路规划方面优化了体系的结构，使得体系功用得到了很大的改进，本钱也降低了许多。
