智能家電控制系統的研究分析
時間：2013-11-01 發布人：管理員
伴隨著科學技術的不斷發展，對于遠程信息的傳遞與控制在當今社會需求量越來越大。比如，在重慶，可以通過手機運用GSM網絡實現遠程監控及控制。智能家居這個概念越來越多的受到人們關注，設計一個使用方便快捷、功能穩定可靠且價格相對低廉的控制系統是實現智能家居的前提。本文所設計的系統以ARM控制器及GSM網絡通信平臺，結合了資源豐富且功能完善的嵌入式Linux操作系統，通過以手機發送短信的形式，很好地實現對家用電器開關的遠程監控及控制功能。
一、系統的硬件平臺
本系統的硬件平臺主要由用戶的無線終端設備(如手機)、GSM網絡、GSM模塊、微處理器單元及家電設備五個部分。
(一)微處理器
選用低價實用的ARM9開發板友善之臂mini2440，它采用32位ARM920T的RISC處理器S3C2440為微處理器，實現了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結構，具有低功耗、高性能、體積小、接口多等優良特性。另有大
小為128Mbyte，型號為K9F1G08的NandFlash，用于存儲已調試好的嵌入式操作系統和應用程序。內存為兩片外接的32Mbytes總共64Mbytes的SDRAM芯片，它們并接在一起形成32-bit的總線數據寬度，這樣可以增加訪問的速度。
此外，芯片自帶標準RS232接口的串口，可以用于與其它模塊的通信;USB接口可以燒寫Linux系統的相關程序;JTAG接口用于仿真調試程序;LCD顯示屏可以顯示信息。豐富的硬件資源 ，可簡化外圍設備與微處理器的硬件連接程度，提高系統的穩定性、可靠性。
(二)GSM 模塊
新一代無線通信GSM模塊TC35i，它支持短消息、數據、語音傳輸等業務。模塊可以工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8V。模塊一般采用串行異步通信接口，波特率通常為9600bps，支持TXT和PDU模式的短消息，具有AT 命令集接口，可以很方便的進行數據傳輸。此外，模塊上有RS232接口、SIM卡接口、電源接口等，使之更加適用于嵌入式系統。先用RS232串口線將電腦與ARM的UART接口0連接，用超級終端進行調試，再將電腦與GSM模塊相連用串口調試助手進行測試，看能否實現通信。由于串口線的分直連和和交叉兩種，所以都要準備。當調試成功后，將TC35i與ARM的UART接口1進行硬件連接，對系統上電復位后，設置好ARM的串口和工作頻率，對GSM模塊進行初有始化，然后設置服務中心號碼和目標號碼，就能完成與用戶的短信收發功能。
二、系統的軟件平臺
本設計的智能家居是以ARM微處理器作為控制中心的，系統軟件平臺的操作系統采用嵌入式Linux系統，所以軟件設計主要包括嵌入式Linux操作系統移植和系統上應用程序的設計。
(一) Linux 系統的移植
嵌入式Linux系統轉移到ARM上，主要有三大部分：
(1)Bootloader部分，也就是引導程序設計，一般都有現成的移植程序，如U-boot;
(2)Linux內核，通過修改內核源代碼以及內核的剪裁，編譯等;
(3)制作文件系統。
1、 Bootloader的移植
作為嵌入式系統軟件的底層，Bootloader是上電后啟動運行的個程序，它類似于PC機上的BIOS程序功能，主要負責整個硬件系統的初始化和軟件系統啟動的準備工作。U-boot是德國DENX小組開發用于支持多種嵌入式CPU的Bootloader程序，可以直接支持基于ARM 2440的嵌入式平臺，移植工作主要是修改一些與硬件相關的smdk2440.h，flash.c，s3c2440.c，makefile等文件。完成文件修改后，就可以用安裝好的交叉編譯器arm-linux-gcc-進行交叉編譯，生成U-boot.bin文件，然后通過JTAG接口燒寫到flash中就可以從NADA flash啟動了。
2、配置和編譯Linux系統內核
由于開發板是ARM處理器架構，所以必須確保根目錄中makefile里“ARCH”的值已設定了開發板的類型，接下來進行內核配置，常用的配制方法是在源碼相應目錄下執行“make menuconfig”，進入基于文本選單的配置界面，可對內核進行裁剪。裁剪完后即可編譯內核，主要通過建立內核依賴關系，創建內核映像文件及創建內核模塊三部分編譯，執行make up指令，生成內核映像文件“zImage”。后，將內核壓縮文件下載到開發板上運行。
3、制作文件系統
加載根文件系統是Linux系統啟動中不可或缺的一部分，否則系統在進行了一些初始化工作后，就不能正常啟動。因此，可以先用busybox軟件工具構建cramfs文件系統，然后用工具mkcramfs制作cramfs映像文件，后將新創建的new.cramfs映像文件燒入到開發板的相應位置即可。
(二)應用程序的設計
控制中心的應用程序包括串口和GSM模塊的初始化，短信的收發，控制命令的定義，短信內容的解析及命令的執行。其中主要的是短信的發送和接收，它是使用AT指令通過串口與TC35i通信，讀取和發送短信，對外設做出控制動作。和本系統有關用于發送和接收短信的AT指令如表1所示。
短消息的格式一般有PDU和TXT兩種，我們要發送中文短信，所以通過發送AT+CMGF=O指令選擇PDU短信模式，采用UCS2的編碼方式對發送的中文短信內容進行編碼。
三、結語
本設計通過ARM9芯片控制GSM模塊，利用GSM通信網絡發送短信的形式對家用電器進行控制，既方便又安全。同時移植了實時性好，穩定性高的嵌入式Linux操作系統，從而一改以往體積龐大，高成本的系統。相信隨著通信事業的發展，基于ARM和GSM的短信息家電遠程控制系統會有更廣闊的應用前景。