基于嵌入式的无线智能家居网关设计方案基于嵌入式的无线智能家居网关设计方案
摘要: 针对传统智能家居系统中多种无线通信技术之间互联的困扰,设计了一个新的两种无线通信技术直连的智能
家居网关。该网关以ARM920T 嵌入式处理器S3C2440A 为,ARM Linux 为实时操作系统,采用新兴的Zigbee 与
Wi-Fi 融合的通信技术,以满足家庭远程监控、家庭安防和家电控制的个性化需求。在ARM9 处理器上构建嵌入式
Web 服务器,通过扩展Wi-Fi 模块与Zigbee 模块实现家庭内部无线网络的建立以及与Internet 的连接,并给出了硬
件组成结构和软件实现流程。实验结果表明,该网关在丢包率与时间响应方面优于有线网关和Wi-Fi-蓝牙网关,适
合在智能家居系统中应用。
摘要: 针对传统智能家居系统中多种无线通信技术之间互联的困扰,设计了一个新的两种无线通信技术直连的智能家居网
关。该网关以ARM920T 嵌入式处理器S3C2440A 为,ARM Linux 为实时操作系统,采用新兴的Zigbee 与Wi-Fi 融合的通信技
术,以满足家庭远程监控、家庭安防和家电控制的个性化需求。在ARM9 处理器上构建嵌入式Web 服务器,通过扩展Wi-Fi 模块
与Zigbee 模块实现家庭内部无线网络的建立以及与Internet 的连接,并给出了硬件组成结构和软件实现流程。实验结果表明,该
网关在丢包率与时间响应方面优于有线网关和Wi-Fi-蓝牙网关,适合在智能家居系统中应用。
0 引言引言
随着人们生活水平的提高以及计算机技术、通信技术和网络技术的发展,智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向。智能
家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境,而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。在智能家居
系统中,采用无线网络技术可以提供更大的灵活性、流动性,更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信
特点,将无线网络技术应用于家庭网络已经成为主流趋势。
Zigbee 作为一种新兴的无线通信技术,其低速率、低成本、低功耗、自配置和灵活的网络结构,非常适合于家庭内部组网。
而Wi-Fi 作为一种无线联网技术,主要的优势在于不需要布线,不受布线条件的限制,因此特别适合移动办公用户的需要,在智能
家居中采用Wi-Fi 技术使得家庭内部网络与Internet 连接更加便捷,通过一台Wi-Fi 的手持终端设备就可以直接进入家庭网关,实
现对家电设备的远程监控和智能控制。系统中家庭网关为Wi-Fi-ZigBee 的Web 服务器,它是ZigBee 协议、Wi-Fi 协议和以太网之
间的转换接口,并负责建立和管理无线传感器网络以及实现外网的通信连接。
1 网关总体设计和工作流程网关总体设计和工作流程
系统主要包括ARM9 处理器S3C2440A ( 家庭网关) 、Zigbee 模块( 协调器) 、Wi-Fi 模块、Zigbee 终端设备( 如红外探
测器、门磁开关和火灾探测器和烟感燃气探测器等) ,其结构如图1 所示。在ARM9 处理器中移植Web 服务器Boa 作为家庭网关,
负责对整个智能家居设备的管理以及远程监控。
由于智能家居中许多家电设备都是通过Zigbee 无线传感网络来工作的,因此必须在处理器中保存数据并对Zigbee 无线传感网
络进行数据融合处理,协调器负责家庭内部Zigbee 网络的管理与控制。Wi-Fi 模块用来传输大容量信息,通过无线访问节点(
Access Point,AP) 路由器与以太网连接,实现家庭内部网络与Internet 的通信。
图1 系统结构
系统处理基本流程如下: 系统内部由Zigbee 星型网络组成,家中电器开关状态和传感器的控制信息在网络中自由传输,经由
协调器( Zigbee 模块) 传送至Web 服务器的网关,再由网关通过Wi-Fi 经无线路由连接到外部以太网,用户可以通过远程用户界
面端了解家中电器状态; 家庭网关可以通过无线网络对远程用户的控制命令作出判断和响应,从而开启或关闭家中的电器。
2 网关硬件平台设计网关硬件平台设计
网关硬件电路主要由控制器模块( S3C2440A) 、存储单元( 64 MB SDRAM、64 MB Nand Flash 和2 MB Nor Flash) 、
通信模块( Zigbee 模块和Wi-Fi 模块) 和显示模块( LCD) 等组成,其硬件电路结构框图如图2 所示。
图2 系统硬件电路
2. 1 控制器模块控制器模块
控制器是整个嵌入式家庭网关的,用来对Zigbee 通信模块进行相应配置并接收Zigbee 终端节点的数据,利用Wi-Fi 协议将网
关通过Wi-Fi 模块连接到Internet 网络。为了能达到高性能、低功耗的目的,设计的嵌入式网关采用以ARM920T 为的32 位的RISC
评论0