基于zigbee与linux 的智能家居系统设计方案

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1、基于zigbee与linux的智能家居系统设计方案zigbee无线通信与linux嵌入式操作系统是电子人都经常接触的，在这里我们设计了一种以ARM芯片S3C2440为硬件平台，基于linux 嵌入式操作系统所实现的CMU控制器。通过zigbee无线通信协议将CMU与各个家电无线节点和传感器节点相连，并通过无线路由器连接以太网实现远程控制的智能家居网络系统。在硬件芯片选择和电路设计方面优化了系统的结构，大大降低了系统的成本，改善了系统的性能。伴随着数字化、网络化的进程。智能化的浪潮席卷了世界的每个角落，成为势不可挡的历史趋势，在这种形

2、式下智能网络家居技术应运而生，它依靠3C技术(ComputerTechnologyCommunicationTechnologyControlTechnology)，并结合信息、家电的发展，为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化的自由生活空间。但在国内智能家居系统的研究没有一个统一的标准，各种研究方案都具有其优缺点，所以研究一套完善的智能家居系统就具有了现实的意义。本设计采用zigbee无线通信标准将家庭中各个家电无线节点连接起来，舍去了实际线路连接时所产生的布线烦恼;另外zigbee协议主要在低端8位或16位单片机上实

3、现，而单片机的数据传输能力有限。如果采用PC机不仅功耗大而且价格昂贵，对于传输率不大的传感器网络来说十分浪费资源。所以本设计开发基于ARM系列嵌入式芯片为核心处理器的中央管理单元。降低了成本，减小了功耗，并通过反复测试取得了良好的效果。1系统的整体规划智能家居系统的设计主要由中央管理单元CMU(CentralMangementUnit)、传感器节点、无线路由器和家电设备组成。其中每台家电设备均添加有无线节点。系统整体结构如下图1所示。 CMU为整个系统的核心部分，扩展有射频模块，是实现智能家居内、外网连接的枢纽。CMU与每台家电设备

4、和传感器节点通过zigbee无线通信协议组成了一个小型的家居“物联网”。各设备节点与CMU互相通信，实现智能联动控制操作。如：家电智能控制方面，定时开关电器或者根据动态采集的室内温湿度数据，智能控制空调工作状态;灯光智能控制方面，根据不同的室内自然光强度，智能控制灯管的发光强度。同时，CMU与无线路由器相连，无线路由器则通过以太网连接到WEB上，实现远程控制。2zigbee无线通信结构无线通信的方式有多样，与蓝牙、Wi-Fi、GSM移动通信方式相比，zigbee联盟制定的zigbee方式具有功耗低、数据传输可靠、兼容性好、实现成本低

5、以及组网方便的优点，非常适合低速率传输的智能家居系统无线传感器网络。zigbee是专门为低速率控制网络指定的标准无线网络协议。它在物理层、MAC(MediaAccessControl)层和数据链接层上采用了IEEE802.15.4协议标准，同时进行了完善和扩展。其网络层、应用汇聚层和高级应用规范接口(API)都由zigbee联盟制定，整个协议的框架结构如下图2所示。 3硬件设计3.1CMU总体硬件结构。CMU采用三星ARM920T内核处理器S3C2440A芯片，工作主频为400MHZ，外部扩展64MBSDRAM，2MBNorFlas

6、h和64MBNandFlash，通过UART口扩展ATMEL公司的Atmega128L8位系列单片机来实时控制射频芯片CC2420来与外部网络进行连接。处理器外接3寸TFT触摸屏作为人机交互界面。在硬件PCB设计上，系统采用核心板+底板的模式，核心板采用六层板工艺，主要分布系统的CPU、存储器、内核电源，底板主要分布各种接口，Atmegal128L单片机、CC2420芯片。硬件结构框图如下图3所示： 3.2处理器单元目前zigbee协议主要在低端8位或16位单片机上实现。对于CMU节点而言，其数据处理能力不强，且限于自身的硬件资源，

7、很少能实现良好的人机交互界面。对功能要求较高的CMU，这种构架很难满足应用的需求。而基于PC机的CMU节点，不但体积大、价格高而且功耗大，对于传输率不大的传感器网络来说十分浪费资源，所以本设计开发基于ARM系列嵌入式芯片为核心处理器的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采用的是ARM920T内核，具有丰富的片内外设，低价格低功耗，高性能等优点。具有16KB指令Cache，16KB数据Cache和存储器管理单元MMU。处理器结构图如下图4所示： 该芯片可运

8、行主流的Linux、WindowsCE、Andorid等嵌入式操作系统。同时处理器提供丰富的系统外设控制器。一般情况下无需额外扩展系统组件，从而大大减小了系统的复杂度和成本，是智能家居控制处理器的绝佳选择。3.3存储器扩展3.3.1S