基于三星S5PV210處理器的智能家居控制系統設計

單桂峰

【摘要】此系統已三星A8系列的S5PV210處理器為控制核心，采用無線有線相結合的方式，實現了現代家居的智能化管理。本系統集家庭娛樂，家庭安防，燈光控制，窗簾控制，信息家電，等自動化控制為一體。為現代家庭提供了安全、高效、舒適、節能的可視化，人性化的生活環境。本文主要介紹核心控制部分的結構和實現方法，以及整個智能家居的拓撲結構。

【關鍵詞】智能家居；S5PV210處理器；家庭防盜；無限監控；自動化家居；arm處理器應用

1.引言

隨著現代科技的發展，特別是互聯網的高速發展，人們對生活質量也提出越來越高的要求，舒適，高效，便捷和安全的家居環境逐步被人們所青瞇，智能家居系統應運而生。出門在外，擔心家中是否安全，打開手機可以查看家中每個角落；在下班回家的路上，可以提前開啟家中的空調和熱水器；早上當太陽升起的時候，窗簾自動慢慢打開，迎接清晨的第一縷陽光；當在辦公室，家中來了客人，在也不用著急跑回家開門，輕輕按一下電話鍵，門就自動打開了；當需要購買你需要的商品時，不需要再跑到商場挑選，直接按幾下遙控器，你滿意的商品就送到了家。這些現代的智能家居系統都可以幫你輕松實現。

2.系統的拓撲結構

本系統主控部分采用三星的A8處理器，系統有兩部分組成，一部分是室內部分（本地網絡），一部分是遠程部分（遠程控制）（如圖2-1所示）。

室內部分主要有以下部分組成：

室內可視：主要是通過寬帶互聯網和高清電視實現網絡電影觀看，網絡游戲，遠程購物及視頻監控等相關的功能

環境監控：這一部分主要是實現溫度，煙氣，煤氣等的采集，這些信息通過網絡可以和物業等相關部門的信息聯動，防止煤氣泄漏，火災等事故的發生；同時可以采集電表，煤氣表，水表等相關信息，這些信息通過網絡可以實現遠程抄表遠程繳費等功能。

家居控制：這一部分主要實現對家電的控制，由很多木模塊組成，可以通過主控制器，對家居中所有的家電，比如照明，空調，電視，熱水器，電動窗簾等進行本地和遠程的控制。

3.智能家居主控設計

系統的cpu處理器選用三星的S5PV210， S5PV210是一款功能極其強大的高端ARM Cortex-A8處理器，其功能全面、接口豐富，主頻高達1G。其主要特性如下：

a）采用45nm低功率制程，cpu典型功耗：11mW；

b）CPU主頻 1G；

c）支持DDR2存儲器；

d）0.65mm引腳間距，17X17mm2 FBGA封裝；

e）支持USB HOST2.0，usb OTG2.0接口；

f）4個SDIO/HS-MMC接口；

g）3D圖形加速器采用Power VR SGX540；

h）2D圖形加速器，最大支持8000X8000分辨率；

i）JPEG硬件解碼器，最大支持65536X65536分辨率圖片；

j）視頻硬件解碼器，支持1080@30fps；

k）HDMI，TVOUT，CAMERAX2接口。

3.1 控制器總體方案的設計及實現

3.2 ZIGBEE無線系統

Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。Zigbee自身的主要技術優勢如下：

①低功耗。在低耗電待機模式下，2節5 號干電池可支持1個節點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。相比較， 藍牙能工作數周、WiFi可工作數小時。

②低成本。通過大幅簡化協議（不到藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4KB代碼，而且ZigBee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。

③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

④近距離。傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發射功率后，亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。

⑤短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi需要3s。

⑥高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000個節點的大網。

⑦高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單（ACL）防止非法獲取數據以及采用高級加密標準（AES 128）的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

⑧免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療（ISM）頻段，2.4GHz（全球）、915MHz（美國）和868MHz（歐洲）。

正是這些優點的存在，我們在本系統中采了Zigbee技術，通過Zigebee主要，可以使系統模塊化，數據采集，溫度采集，三表數據，燈光控制可以通過zigbee無線模塊來實現，可以省去布線的麻煩，是產品安裝更加方便。維護更加便捷。如圖3-2所示，Zigbee智能終端可以是溫度傳感器，智能煤氣表，智能空調，電動窗簾等。

3.3 can總線接口

控制器局域網CAN（Controller Area Network）作為一種多線路網絡通信系統，以其時分多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發等靈活、可靠的通信技術，及低廉的價格，被廣泛地應用于工業自動化生產線、汽車、傳感器、醫療設備、智能化大廈、電梯控制、環境控制等分布式實時系統。CAN總線有以下優點：

①具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點；

②采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作；

③具有優先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機局部網絡；

④可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；

⑤可靠的錯誤處理和檢錯機制；

⑥發送的信息遭到破壞后，可自動重發；

⑦節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；

⑧報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。

在本系統中采用can總線接口主要是對ZIGBEE無線接口的有力補充，在不合適無線環境中，我們可以采用can總線通訊的方式，實現數據的采集，和對智能家電終端的控制。

3.4 網絡接口

主控制器設計了10/100Mhz的標準以太網接口，系統可以通過具有以太網接口的系統連接到互聯網上，比如ADSL，小區寬帶等。我們可以在辦公室的電腦上，或者手機上通過互聯網來控制家電，查看視頻監控，并且可以通過家中的高清電視觀看互聯網上的節目，以及完成網上購物等。系統的以太網接口采用DM9000芯片設計完成。

DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的，單芯片快速以太網MAC控制器。它有一個一般處理接口，一個10/100M自適應的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能進程的3.3V與5V的支持寬容，DM9000還提供了介質無關的接口，來連接所有提供支持介質無關接口功能的家用電話線網絡設備或其他收發器。該DM9000支持8位，16位和32-位接口訪問內部存儲器，以支持不同的處理器。DM9000物理協議層接口完全支持使用10MBps下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100MBps下5類非屏蔽雙絞線。這是完全符合IEEE 802.3u規格。它的自動協調功能將自動完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。還支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。這個工作里面DM9000是非常簡單的，所以用戶可以容易的移植任何系統下的端口驅動程序。

DM9000有以下特點：支持處理器讀寫內部存儲器的數據操作命令以字節/字/雙字的長度進行；集成10/100M自適應收發器；支持介質無關接口；支持背壓模式半雙工流量控制模式；IEEE802.3x流量控制的全雙工模式；支持喚醒幀，鏈路狀態改變和遠程的喚醒；4K雙字SRAM；支持自動加載EEPROM里面生產商ID和產品ID；支持4個通用輸入輸出口；超低功耗模式；功率降低模式；電源故障模式；可選擇1：1 YL18-2050S，YT37-1107S或5：4變壓比例的變壓器降低格外功率；兼容3.3v和5.0v輸入輸出電壓。

3.5 WCDMA

wcmda就是我們常說的3G網絡，WCDMA模塊實現的功能和以太網接口是相同的，主要是有線以太網出現問題以后的備用方案，比如盜竊分子破壞了有線網絡，系統自動會轉接無線網絡連接，使得家居更加安全可靠。

使用WCDMA通訊和3G手機是相同的，需要運營商的支持，因為目前費用比有線通訊高，所以在系統中我們把它作為備用方案使用，只有有線網絡出現連接故障，才會自動切換到WCDMA網絡。

目前中國支持WCDMA的運營商主要有中國聯通公司。聯通的WCDMA的主要優勢有，網絡速度最快，支持業務最廣泛，終端種類最多，國內覆蓋廣泛，開通國家最廣，可漫游的國家和地區最多。

3.6 攝像機和聲音采集

攝像機輸入和聲音采集主要實現遠程監控的功能，視頻圖像和聲音通過主控制器壓縮以后，用戶可以通過互聯網終端查看家居的視頻圖像，起到防盜監控的目的。

參考文獻

[1]S5PV210_EVT1_Usermanual_20100218 SAMSUNG ELECTRONICS CO.，LTD.

[2]鐃運濤.現場總線CAN原理與應用技術（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2007.

[3]zigbee http：//baike.baidu.com/view/117166.htm.

[4]《DM9000_DataSheet》http：//www.davicom.com.tw.