ARM及ZigBee技术实现智能家居控制器的设计
2.2 智能家居控制器的硬件设计
智能家居系统的核心部件是智能家居控制器。 其组成框图如图3 所示，它以嵌入式处理器为中心，由手机模块、ZigBee模块以及必要的辅助接口组成。 智能家居控制器是整个智能家居系统的控制中心，其硬件核心是中央处理器，所有的设备控制、任务调度、通信协议转换、数据收发和数据管理等任务都需要中央处理器。 从功能、可扩展性、操作系统支持及功耗等方面考虑，我们选择功能强大的32 位ARM9 微处理器S3C2410X 作为主处理器，存储器选用64M 的NAND Flash 和64M 的SDRAM.
在人机接口方面，采用5 英寸的TFT 液晶屏，并配置相应的触摸屏。 可用于显示访客图像和小区物管发送的各种信息，并使用户可方便地输入数据去控制各种家居设备。 另外为了控制方式更灵活，利用处理器的I2C 总线接口设计键盘接口，从而可扩展各种控制、报警方式。
控制器有2 个通信模块： 手机模块和ZigBee模块。 手机模块由主机模块、SIM 卡接口、音频部分和射频部分组成，采用SIMCOM 公司生产的SIM300 芯片（ GPRS 模块） . 与ARM 进行数据传输采用标准的RS - 232 接口，通过使用AT 命令完成对该模块的操作，实现短消息的收发。 Zigbee 模块采集各种家电设备运行状态并接收各种故障报警信息，通过RS - 232 接口与ARM 进行数据传递。
控制器配有以太网接口，配合控制器上建立的Web 服务器，用户可通过Internet 完成对家庭环境及各种家电设备的监控。图3 中的RS - 485 接口用于与小区物管的通信（与原有的小区网络配合。 若为新建小区，可直接使用以太网接口） . 利用MAX3232 将ARM9 的两个USART 收发器，组成两个RS - 232 端口和一个RS - 485 端口。
音频接口利用微处理器内部的IIS 总线接口与外部音频数字信号编码器芯片（UDA1341TS） 组成。
视频接口采用中芯微的DSP 芯片，将视频信号转换成微处理器能够处理的J PG文件格式或二进制图像流，经处理后送LCD 屏显示。
ZigBee模块采用全功能设备（FFD） 类型，它在智能家居系统中承担着网络协调器的角色，可提供信息的双向传输，以连接智能家居系统中其它精简功能设备（RFD） .
此模块利用Chipcon 公司的CC2430 芯片，CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频（RF） 前端、内存和微控制器。 它使用1 个8 位MCU （ 8051） , 具有128KB 可编程闪存和8 KB 的RAM ,还包含模数转换器、4 个定时器、AES - 128 协同处理器、看门狗定时器、32 kHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21 个可编程I/ O 引脚。
CC2430 芯片采用0118μm CMOS 工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA ;在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 或25 mA. CC2430 的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
CC2430 带有2 个强大的支持几组协议的US2ART 通信接口， 通过此通信接口中的一个，S3C2410X 处理器可以对CC2430 进行写入或读取配置信息，也可以收发数据。
CC2430 芯片集成了CRC 和数据完整性检查等功能，减少了程序员编程的工作量，加快了通信的速度，减少了能量消耗。 同时，芯片还采用了CS2MA - CA 技术来避免数据发送时的竞争和冲突，减少了一部分不必耍的能量消耗。 因此CC2430 芯片具有超低的能耗，其使用寿命可以年来计算，价格便宜，符合传感器网络需要大量分布节点的特点。
控制器通过RS - 232 接口利用Zigbee 模块采集各种家电设备运行状态并接收各种故障报警信息。
2.3 智能家居控制器的功能
智能家居控制器操作系统选用开源的嵌入式Linux 操作系统，通过裁减后移植到控制器硬件平台上。 该智能家居控制器将Linux ,ARM 系统、手机模块和ZigBee 模块组成一个整体，构成了一个功能齐全的嵌入式系统，利用ZigBee 技术轻松实现家庭内部多节点的无线连接。
智能家居控制器的功能为
（1） 采用ARM 架构的32 位嵌入式RISC 处理器和开源的嵌入式linux 操作系统；
（2） 是智能家居控制系统的控制中心，也是家居系统中信息家电平台的网关；
（3） 遇盗抢或疾病，按紧急按钮，自动向管理中心报警；
（4） 以家庭为单位配置，利用液晶屏显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；
（5） 利用ZigBee 传感器节点监测各种故障报警数据（火灾、煤气泄漏等） ,并自动通过手机模块发给用户或小区管理中心；
（6） 通过以太网（或RS - 485） 与小区管理中心通信；
（7） 通过控制器上的无线ZigBee 模块与家居系统中各子节点进行通讯，对多种家电设备进行相应的控制；
（8） 用户可通过Internet 远程监控家庭中的多种家居设备。
智能家居控制器通过Zigbee 模块采集各种家电设备的运行状态并将各种故障报警数据存入数据库；对故障报警优先处理，通过手机模块自动发送短信息到用户手机或小区物管，并将现场数据实时存入数据库，以便对各种信息进行进一步的分析和统计。 在这里数据库成为了连接前后台的中间件，存储状态数据供远程监控和本地LCD 显示，同时接收浏览器和本地键盘输入，由通信程序、CGI程序完成控制命令的下传及运行状态的上传；同时数据库还需实现故障的分析统计和查询。 在本系统设计中，我们采用嵌入式数据库SQLite 以满足系统远程控制数据传递、数据共享的要求。
控制器的软件主要分为4 个模块：与数据采集接口的通信程序、故障报警程序、本地的人机交互程序和远程控制程序。 为了使用户可以在Internet上通过浏览器控制智能家居网络，需要在控制器（数字家庭网关） 上架设Web 服务器与用户进行通信，并通过CGI 接口调用后台CGI 程序。 CGI 程序在Web 服务器和控制程序间建立联系，调用具体的控制程序，实现对智能家居网络内部节点的指定操作。 它监控网络，随时随地都能知道网络内设备的状态并控制网络内的各种设备。 网络监控在家庭网络中也是非常重要的，使用户可以随时了解网络的状况，如设备的加入退出、设备故障等等。
3 结语
ZigBee 技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺。 智能家居控制器硬件由先进的ARM9 嵌入式系统、手机模块和ZigBee 模块组成；操作系统采用嵌入式Linux ,家庭网络采用ZigBee无线网络，安全性好，系统功能完善，能够适应今后智能家居发展的需要。