基于ARM與ZigBee的家居系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)外圍電路及該家居系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于智能家居控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于ARM與ZigBee的智能家居系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和信息技術(shù)、通信技術(shù)等科技水平的不斷提高，“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念深入人心，人們對(duì)家居環(huán)境智能化、信息化的渴求逐步增強(qiáng)，應(yīng)運(yùn)而生的智能家居系統(tǒng)正在高速發(fā)展，市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。因此，對(duì)此類(lèi)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行深入研究和設(shè)計(jì)，并將其轉(zhuǎn)化為適合市場(chǎng)推廣的智能家居產(chǎn)品就顯得尤為必要。
[0003]現(xiàn)有成熟的智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品主要是利用上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的數(shù)據(jù)采集與控制，需要在終端設(shè)備上安裝相應(yīng)的客戶端程序，手機(jī)和PC機(jī)必須有對(duì)應(yīng)的客戶端程序，初次使用前還要進(jìn)行安裝與調(diào)試，系統(tǒng)升級(jí)后還要對(duì)客戶端進(jìn)行重新安裝或更新，給用戶帶來(lái)諸多不便，用戶迫切希望用終端設(shè)備自帶的Web瀏覽器就能實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的遠(yuǎn)程控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于ARM與ZigBee的智能家居系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]基于ARM與ZigBee的家居系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)外圍電路，包括:
[0007]穩(wěn)壓電路:以穩(wěn)壓芯片LT1804為核心，VIN引腳接5V電源，VON引腳接3.3V電源，GND端口接地，VIN引腳和VON引腳均通過(guò)電容接地；
[0008]內(nèi)核供電電路:以三端集成穩(wěn)壓芯片LMl117-1.2為核心，其輸入端接3.3V直流電源，輸出端引出1.2V的電源，GND端口接地，輸入、輸出端分別用電容接地；
[0009]復(fù)位電路:以電壓監(jiān)控芯片MAX811S為核心，GND引腳接地，VOO引腳接3.3V電源，MR引腳連接一個(gè)復(fù)位按鈕，按鈕另外一端接地，RESET端加470歐電阻連到ARM處理器的復(fù)位引腳。
[0010]所述穩(wěn)壓電路中，VIN引腳通過(guò)并聯(lián)的0.1yF的電容C29和1yF的極性電容C26接地，VON引腳并聯(lián)的0.1yF的電容C31和1yF的極性電容C28接地。
[0011]實(shí)時(shí)內(nèi)核供電電路中，輸入端通過(guò)IOyF的極性電容CI接地，輸出端通過(guò)I OyF的極性電容C2接地。
[0012]本實(shí)用新型還采用了一種利用所述網(wǎng)關(guān)外圍電路的基于ARM與ZigBee的智能家居系統(tǒng)，包括:
[0013]布置在室內(nèi)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括若干通過(guò)ZigBee組網(wǎng)的無(wú)線控制模塊，各控制模塊連接相應(yīng)的受控設(shè)備；
[0014]家庭網(wǎng)關(guān)，S卩基于ARM的路由中心節(jié)點(diǎn)，匯集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)，向終端發(fā)送，并接收終端發(fā)送的控制指令，采用所述網(wǎng)關(guān)外圍電路；
[0015]終端，為PC機(jī)或者手機(jī)，接收家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并經(jīng)家庭網(wǎng)關(guān)向各ZigBee節(jié)點(diǎn)的受控設(shè)備發(fā)送控制指令。
[0016]所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，包括:
[0017]溫濕度傳感器控制模塊，采用DHTl I溫濕度傳感器，對(duì)室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，相應(yīng)的受控設(shè)備為加濕器和空調(diào)；
[0018]燈光照明控制模塊，相應(yīng)的受控設(shè)備為室內(nèi)所有的燈，控制電路包括繼電器和NPN型三級(jí)管，各燈的兩端分別接于繼電器的公共端和常開(kāi)端；
[0019]窗簾控制模塊，相應(yīng)的受控設(shè)備為與窗簾連接的步進(jìn)電機(jī)，采用ULN2003A芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)發(fā)送脈沖信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)與調(diào)速。
[0020]每個(gè)受控設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0021 ] 受控設(shè)備的控制電路包括電源與復(fù)位電路、UART串行通信接口電路、CC2530微控制器電路、溫濕度傳感器控制電路、燈光照明控制電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路。
[0022]所述家庭網(wǎng)關(guān)采用含有ARM9處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)ZigBee協(xié)調(diào)器控制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)口芯片與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，完成數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳送。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0024](I)將室內(nèi)溫度、濕度、光線強(qiáng)度等因素綜合起來(lái)考慮，通過(guò)基于PMV-PDD評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，計(jì)算出當(dāng)前舒適度的等級(jí)，并且通過(guò)控制各個(gè)模塊的受控設(shè)備來(lái)優(yōu)化用戶的舒適度。
[0025](2)基于ARM與ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的智能家居，無(wú)需個(gè)人電腦(PC)長(zhǎng)時(shí)間工作去維持服務(wù)器運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)基于ARM的嵌入式服務(wù)器，大大降低了系統(tǒng)能耗。
[0026](3)用戶除了通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)，還可以通過(guò)外網(wǎng)接入。實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程監(jiān)控，從更本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居的智能管理。
[0027](4)本實(shí)用新型完善地組建了一套智能家居體系，用戶很容易實(shí)現(xiàn)更多終端設(shè)備的加入。
[0028](5)該外圍電路能夠支持網(wǎng)關(guān)的穩(wěn)定、持續(xù)工作。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)布局和組網(wǎng)方式。
[0030]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖3為本實(shí)用新型家庭網(wǎng)關(guān)穩(wěn)壓電路圖。
[0032]圖4為本實(shí)用新型家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)核供電電路圖。
[0033]圖5為本實(shí)用新型家庭網(wǎng)關(guān)復(fù)位電路圖。
[0034]圖6為本實(shí)用新型CC2530最小系統(tǒng)及射頻電路原理圖。
[0035]圖7為本實(shí)用新型溫濕度傳感器控制模塊原理圖。
[0036]圖8為本實(shí)用新型燈光照明控制模塊原理圖。
[0037]圖9為本實(shí)用新型窗簾控制模塊原理圖。
[0038]圖10為本實(shí)用新型網(wǎng)關(guān)接口程序設(shè)計(jì)流程圖。
[0039]圖11為本實(shí)用新型ZigBee終端節(jié)點(diǎn)軟件流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0041]如圖1所示，本實(shí)用新型一種智能家居系統(tǒng)，使用含有ARM9處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為家庭網(wǎng)關(guān)，通過(guò)ZigBee協(xié)調(diào)器管理與控制ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)各ZigBee節(jié)點(diǎn)連接多種環(huán)境檢測(cè)傳感器對(duì)家居環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，驅(qū)動(dòng)和控制各種電路等以滿足用戶對(duì)室內(nèi)環(huán)境的需求。并通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)口芯片與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，完成數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳送。在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中，不僅僅和家庭內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行通信，完成對(duì)室內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集、處理和控制，而且也可以和互聯(lián)網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)居室內(nèi)部的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和外部網(wǎng)絡(luò)的連通，用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等方式訪問(wèn)家庭內(nèi)部的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)由各個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)居室內(nèi)部的控制，并通過(guò)對(duì)室內(nèi)溫濕度的采集以及照明燈光和窗簾的控制來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)功能的驗(yàn)證。在本系統(tǒng)中，主要包括家庭網(wǎng)關(guān)、家庭內(nèi)部無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、終端用戶三個(gè)部分。家庭網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)內(nèi)網(wǎng)ZigBee節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，以及向外網(wǎng)的PC或手機(jī)等終端發(fā)送相應(yīng)的環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)和接收終端的控制指令。
[0042]如圖2所示，為本實(shí)用新型的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。采用了Samsung公司的32位精簡(jiǎn)指令微處理器S3C2440A，該處理器為手持設(shè)備和常規(guī)應(yīng)用提供了低功耗、低成本、高性能小型微處理器的解決方案，是智能家居系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的一個(gè)理想選擇。S3C2440A采用的內(nèi)核是ARM920T系列，其0.13um工藝的CMOS存儲(chǔ)器單元與標(biāo)準(zhǔn)宏單元，具有功耗低，外部電路簡(jiǎn)單，小巧精致的特點(diǎn)，且其全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合對(duì)于功率和成本均敏感的終端應(yīng)用。53〇244(^內(nèi)部集成了6?10、5?1、12(:^0(:、1^1'等豐富的外設(shè)資源，整體降低了家庭網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)的硬件成本和軟件成本，其1.2V下300MHz處理速度完全能夠滿足本文智能家居系統(tǒng)的功能需求。
[0043]如圖3所示為本實(shí)用新型家庭網(wǎng)關(guān)穩(wěn)壓電路圖。5V的電源接穩(wěn)壓芯片LT1804的VIN引腳，從VON引腳引出3.3V的電源，GND端口接地。輸入電源、輸出電源間分別用電容和地連接。本智能家居系統(tǒng)為家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)5V/3A的開(kāi)關(guān)電源供電，以提供足夠裕量的帶載能力來(lái)為系統(tǒng)可持續(xù)開(kāi)發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。本實(shí)用新型在家庭網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)中采用了逐步降壓的方法為整個(gè)硬件平臺(tái)供電。中心處理器S3C2440A的內(nèi)核供電電壓為1.2V/1.3V有兩種選擇，存儲(chǔ)器供電電壓有I.8V/2.5V/3.0V/3.3V四種選擇，其對(duì)應(yīng)的處理器內(nèi)核的工作頻和存儲(chǔ)器SCLK速率有較大的差別，其存儲(chǔ)器、I/O口電壓以及底板上的網(wǎng)口芯片DM9000，IIC存儲(chǔ)，SD卡等均使用3.3V供電，考慮到3.3V用量極大，故此選用了低壓差、大電流的LT1084-3.3三端集成穩(wěn)壓芯片，其最大輸出電流能達(dá)到5A，足以供給家庭網(wǎng)關(guān)的所有3.3V及其以下電壓負(fù)載使用。
[0044]如圖4所示，為本實(shí)用新型家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)核供電電路圖，選用LMl117-1.2三端集成穩(wěn)壓芯片作為ARM內(nèi)核供電電源芯片，為家庭網(wǎng)關(guān)中心處理器提供1.2V的供電電壓，其IN端口接3.3V直流電源，輸出端引出1.2V的電源，GND端口接地，同時(shí)在輸入、輸出端分別用電容和地連接。該穩(wěn)壓芯片提供的核電壓穩(wěn)定性高、紋波小，適宜于為處理器供電。
[0045]如圖5所示，在處理器復(fù)位電路設(shè)計(jì)中，采用了低功耗、高可靠性的MAX811S芯片來(lái)監(jiān)測(cè)處理器供電壓和給予處理器復(fù)位信號(hào)，芯片的GND引腳接地，VOO引腳接3.3V電源，MR引腳連接一個(gè)復(fù)位按鈕，按鈕另外一端接地。RESET端加470歐電阻連到ARM處理器的復(fù)位引腳。該電路只需要6μΑ的供應(yīng)電流，140ms的上電復(fù)位脈沖寬度，復(fù)位有效電壓值為IV。
[0046]本系統(tǒng)使用串口連接ARM處理器和ZigBee協(xié)調(diào)器，完成它們之間的通信，同時(shí)家庭網(wǎng)關(guān)也通過(guò)串口進(jìn)行下載和調(diào)試程序。系統(tǒng)采用SP3232芯片將處理器的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232總線電平，其中串口 I用于連接ARM處理器與PC機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與PC機(jī)之間的通信，以便PC機(jī)向家庭網(wǎng)關(guān)平臺(tái)下載和調(diào)試程序。同時(shí)串口2用于實(shí)現(xiàn)ARM處理器與家庭內(nèi)網(wǎng)ZigBee協(xié)調(diào)器之間的通信，方便家庭網(wǎng)關(guān)與ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互。
[0047]本系統(tǒng)選用NANDFlash的K9F1208芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該芯片的存儲(chǔ)容量大、擦除和讀寫(xiě)速度較快、擦除單元小等特點(diǎn)比較適合本系統(tǒng)內(nèi)核以及根文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)。
[0048]為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，必須給ARM板配置相應(yīng)的網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)其上網(wǎng)功能。在本系統(tǒng)的網(wǎng)卡設(shè)計(jì)中選用了DM9000芯片，它是一款完全集成的快速以太網(wǎng)控制器。它兼容3.3V和5V的輸入輸出電壓，是一個(gè)10/100M自適應(yīng)的與介質(zhì)無(wú)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。該芯片在對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)上，應(yīng)用了直接存取技術(shù)，有效地簡(jiǎn)化了整個(gè)數(shù)據(jù)的收發(fā)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了更有效率的訪問(wèn)。在發(fā)送的過(guò)程中，可以將數(shù)先存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，通過(guò)控制命令來(lái)進(jìn)一步控制發(fā)送的方式，使數(shù)據(jù)的發(fā)送更加簡(jiǎn)潔、可靠，避免了無(wú)謂的丟