基于ARM及GPRS智能家居控制器的硬件實現(xiàn) - 淺析基于GPRS無線智能家居系統(tǒng)解決方案

　　基于ARM及GPRS智能家居控制器的軟硬件實現(xiàn)

　　GPRS通信模塊安裝在智能家居控制器中，主要功能為通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到Internet網(wǎng)絡(luò)，并主動與監(jiān)控中心建立通信鏈路，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。GPRS通信模塊設(shè)計采用了Freescale公司生產(chǎn)的內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的G24GPRSOEM。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。

　　GPRS通信終端收發(fā)模塊主要由G24模塊、天線、SIM卡、相關(guān)的電平轉(zhuǎn)換電路和RS232串口組成。模塊的供電電壓為5V，可采用USB端口供電。GPRS通信模塊通過RS232串行口與智能家居控制器ARM進(jìn)行通信。

　　G24收發(fā)模塊采用AT指令操作，通過RS232串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。GPRS網(wǎng)絡(luò)通信原理為：首先通過SGSN節(jié)點使通信終端模塊附在GPRS網(wǎng)絡(luò)上；然后通過GGSN節(jié)點由PPP（PointtoPointProtocol）協(xié)議獲得一個隨機(jī)分配的IP地址，連接到Internet上；最后通信終端模塊通過Internet，按照監(jiān)控中心設(shè)定的端口號與監(jiān)控中心建立通信鏈路。

　?。?）測試G24通信是否正常。首先選擇串行口并設(shè)置波特率，G24波特率的范圍為600到460800bit/s，支持自動波特率偵聽，能夠自動與監(jiān)控中心通訊模塊的波特率保持一致。發(fā)送“AT”，如果模塊返回“OK”，則通信正常，否則重發(fā)。

　　（2）接入Internet。首先測試當(dāng)?shù)厥欠裼蠫PRS覆蓋，向模塊發(fā)送“AT+CGPRS？”，如果返回“+CGPRS：1”，則有GPRS覆蓋，否則隔5秒鐘后再次檢測。然后發(fā)送“AT+CGATT=1”使模塊附在GPRS網(wǎng)絡(luò)上。最后發(fā)送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通過PPP協(xié)議建立與GGSN的無線連接，獲得一個動態(tài)的IP地址，接入Internet。

　　（3）連接監(jiān)控中心。向模塊發(fā)送“AT+MIPOPEN=，《“DestinationAddress”》，”建立與監(jiān)控中心通信連接。如果返回“+MIPOPEN：SocketID，1”，則說明與監(jiān)控中心建立了通信連接，如果返回“+MIPSTAT：1，1”，則說明有物理鏈接中斷，須重新進(jìn)行連接。其中對AT+MIPOPEN指令的參數(shù)作以下說明：

　　SocketID：G24通信連接的ID號，G24有4個可用Socket，每個Socket有1372Byte緩沖區(qū)。

　　SourcePort：G24的數(shù)據(jù)傳輸端口號，其值為0~65535。建議采用1024以上的端口號。

　　DestinationAddress：目標(biāo)端的IP地址，也就是監(jiān)控中心監(jiān)控服務(wù)器的IP地址。

　　DestinationPort：目標(biāo)端的數(shù)據(jù)傳輸端口號，即監(jiān)控中心監(jiān)控服務(wù)器設(shè)定的傳輸端口號。

　　Protocol：傳輸通信協(xié)議，0表示TCP方式，1表示UDP方式。

　?。?）數(shù)據(jù)收發(fā)。與監(jiān)控中心建立通信連接后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)了。發(fā)送數(shù)據(jù)用“AT+MIPSEND=1，’Data’；+MIPPUSH=1”?！癉ata”表示要發(fā)送的數(shù)據(jù)，本設(shè)計采用了G24默認(rèn)的ASCII碼編碼，須用十六進(jìn)制的ASCII碼形式表示。一旦有數(shù)據(jù)到達(dá)，G24模塊就會通過RS232串行口返回“+MIPRTCP：，”。其中Left是一個十進(jìn)制的數(shù)字，表示還有多少個字符在協(xié)議棧中尚未接收，如果數(shù)據(jù)全部接收，則Left為0；接收到的數(shù)據(jù)“Data”是十六進(jìn)制的ASCII碼形式。

　?。?）斷開通信連接。向模塊發(fā)送“AT+MIPCLOSE=SocketID”，模塊返回“OK”，表示斷開成功。

　　主要功能

　　液晶顯示：全中文菜單操作，聲音提示，軟鍵盤；

　　工作頻率范圍：260~434MHz，發(fā)射功率極低，無須批準(zhǔn)；

　　信息功能：顯示和接受來自社區(qū)管理平臺和互連網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播和短消息；

　　查詢狀態(tài)：·可查詢系統(tǒng)安防系統(tǒng)報警與布撤防狀態(tài)； 　·可查詢系統(tǒng)電器控制狀態(tài)；

　　設(shè)置布撤防：·設(shè)置系統(tǒng)布撤防；

　　設(shè)置參數(shù)：·設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和模式控制參數(shù)；

　　發(fā)送指令：·直接控制指令發(fā)送：實現(xiàn)對照明電器的開關(guān)控制和調(diào)光控制，對家電設(shè)備的開關(guān)控制； 　　·時間控制和邏輯控制程序啟動：可以定時開啟一些控制模式或按照一定的邏輯關(guān)系啟動系統(tǒng)控制指令； 　　·照明場景控制：可以通過場景控制命令實現(xiàn)照明設(shè)備的群控，如開啟一定數(shù)量的燈光創(chuàng)造一種特定的燈光氛圍。

　　該系統(tǒng)的液晶控制面板是另一個主要的人機(jī)界面，它采用有線的方式接入485總線， 起到系統(tǒng)設(shè)置和功能控制的功能。

　　另外，安裝在家庭電腦中的智能家居控制軟件也是一個主要的人機(jī)界面，通過該軟件就可以方便地通過電腦實現(xiàn)對家庭各種設(shè)備的控制和查詢，還可以對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，例如信息開關(guān)的模式和場景的設(shè)置。由于電腦軟件可以通過各種電子地圖，甚至類似游戲一樣的三維界面來制作，所以使用起來會更加有趣和方便。

　　監(jiān)控節(jié)點模塊

　　所有智能家居系統(tǒng)的節(jié)點控制模塊通過RS485家庭控制總線， 并遵循統(tǒng)一的家庭控制網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，與系統(tǒng)信息控制中心相連，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊。 在一條總線上可以掛接256個模塊，從而實現(xiàn)家庭自動化控制的各種功能，模塊類型包括：

　　無線收發(fā)基站模塊

　　主要為了配合無線遙控器模塊使用，是系統(tǒng)的必配件，作為無線收發(fā)基站，它將遙控器傳送來信息通過家庭控制網(wǎng)絡(luò)傳給系統(tǒng)信息控制中心，再將系統(tǒng)信息控制中心的指令和短消息信息通過無線射頻信號傳給無線遙控器，是無線信息轉(zhuǎn)化成有線家庭控制網(wǎng)絡(luò)信息的地方；

　　繼電器開關(guān)控制模塊

　　低功率回路控制，采用高性能固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。在接到智能家居控制器的指令后，對家庭中的低功率電器，主要是燈光（還包括各種音響系統(tǒng)、電視機(jī)、電動窗簾）進(jìn)行開關(guān)控制，控制功率為每回路100瓦； 　　大功率電器控制模塊：也是采用固態(tài)繼電器進(jìn)行控制，但是其功率較大，且只有單路，在接到智能家居控制器的指令后，可對家中的大功率電器（如空調(diào)、熱水器）進(jìn)行開關(guān)控制，控制功率為單回路最大2，500瓦；

　　可控硅調(diào)光控制模塊

　　采用可控硅進(jìn)行低功率回路控制。在接到智能家居控制器的指令后，其功能主要是對家庭中的燈光進(jìn)行調(diào)光控制，控制功率為每回路100瓦，調(diào)光范圍分為5檔棗0、25%、50%、75%、100%；

　　信息開關(guān)模塊

　　信息開關(guān)徹底改變了原有的開關(guān)概念，用開關(guān)信息點來完成原有開關(guān)的功能，使得原有開關(guān)功能固定單一的不足，可通過設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)，對任一控制點進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)群控功能。 　　除此之外，未來的監(jiān)控節(jié)點模塊還可以包括家庭環(huán)境檢測模塊、住戶健康檢測模塊等

　　結(jié)語

　　本文提出了基于GPRS無線智能家居系統(tǒng)的總體解決方案。該方案主要是采用GPRS無線通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端對家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制；采用RS485總線技術(shù)實現(xiàn)家庭系統(tǒng)的組網(wǎng)；采用嵌入式系統(tǒng)方案搭建智能家居控制器的開發(fā)平臺，并通過該平臺實現(xiàn)對家用設(shè)備的智能管理和控制。最后本文提供系統(tǒng)核心GPRS芯片軟硬件實現(xiàn)方法，為后續(xù)及相關(guān)工作提供技術(shù)基礎(chǔ)。