基于Linux的物聯網平臺控制系統硬件實現

王 琳

（西安航空學院，陜西西安710000）

基于Linux的物聯網平臺控制系統硬件實現

王 琳

（西安航空學院，陜西西安710000）

提出了實現物聯網模型的方法。在家庭中建立一個服務器中心，作為處理家庭設備采集的數據和控制家庭設備的中轉站。該服務器對上連接遠程服務器，將數據發送至外網；對下采集硬件設備測量的數據，并將控制指令發送給可控設備【1】。

服務器；物聯網；設備；嵌入式；ZigBee

1 引言

物聯網是一個集嵌入式技術，傳感器技術以及互聯網技術為一體的綜合技術成果，在物聯網中，智能家居是其中非常重要的一部分，遠程控制家庭的每一個設備，一直是人們生活中的一個愿望。本文主要涉及內容有服務器的設計、云交互軟件的設計、ZigBee的組網通信、Android App的軟件設計等。在技術上主要實現了對Linux系統的構建、Android應用程序的UI實現，并對服務器應用程序與云交互進行了詳細的介紹。

2 系統的總體方案設計

圖1所示為基于Linux操作系統的物聯網平臺系統模型［2］。

該系統主要分為兩方面，一個是硬件系統架構設計，如圖2所示；一個是軟件系統架構設計，如圖3所示。本文主要介紹硬件系統架構設計。

圖1 物聯網系統模型

圖2 硬件系統框架圖

圖3 軟件系統框架圖

3 物聯網平臺各部分的硬件電路設計

基于Linux的物聯網平臺在硬件上的設計主要分為服務器部分、ZigBee組網部分，和智能硬件部分，服務器部分主要采用S3C2440作為主控制器，在S3C2440主控制器上運行Linux操作系統，主控制器的串口接有ZigBee協調器，與子ZigBee節點進行組網，控制下面的智能設備硬件，智能設備硬件都接在子節點的ZigBee上，這次實現的智能控制的硬件主要有照明燈、溫濕度采集器、智能窗簾、煙霧采集系統等，而在S3C2440上接有用于監控的攝像頭，對家庭的實況進行圖像實時監控和了解，在主控制器上有一個網卡電路，用于主控制器的聯網，聯網后與物聯網云平臺進行交互。

3.1 物聯網平臺主服務器的設計

主控器的硬件框架由S3C2440微處理器、64M的SDRAM內存條、64MNANDFlash存儲器和2M的NOR Flash構成，也就是CPU＋RAM＋ROM。服務器核心主控如圖4所示。

圖4 服務器核心主控

通用異步接收器和發送器統稱為UART（串口）。本主控器上的串口主要是用來與ZigBee協調器進行串口通信和數據交換的接口，串口通信分為兩種模式，一種是同步通信，一種是異步通信，同步通信比異步通信多一個信號時鐘線，保證數據收發同步；而異步通信，收發的字符是一幀一幀的數據包，幀的數據包定義為一個完整的數據包格式，它設置第一個起始位作為幀字符的起始位，最后是奇偶校驗［3］。

在整個系統的電路設計中，一共設計了4個串口，一個標準的232串口，3個只有TXD與RXD交換數據的串口，在標準的RS－232串口中，采用標準的9引腳接口，在實際電路中，接入了電平轉換芯片pl2303，串口電路接口設計圖如圖5所示。

圖5 串口電路接口設計圖

物聯網平臺使用的網卡是DM9000網卡處理芯片［4］，DM9000網卡芯片是一款百兆網卡處理芯片，它的內部集成有雙字16k的緩存SRAM，這個SRAM可以作為網卡接收或發送的數據緩存，它支持兩種工作模式，8bit或16bit主機工作模式；它支持兩種工作電壓，一種是3.3V，另一種是5V；它也支持4個輸入輸出口；和超低功耗模式、功率降低模式、電源故障模式。DM9000電路設計圖如圖6所示。

圖6 DM9000電路設計圖

USB是最常用的數據傳輸接口，USB總線一共有4根線，一根VCC、一根GND、兩根數據傳輸線（分為輸入線、輸出線）［5］。在硬件系統中，采用了一個miniUSB母口作為USB調試端口使用，兩個是USB母口。

USB母口接口圖和miniUSB母頭接口圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 USB接口圖

圖8 miniUSB接口圖

3.2 ZigBee組網電路的設計

ZigBee組網技術經常應用在物聯網中，它是一個低功耗、短距離傳輸的無線通信模塊，在ZigBee組網技術中，將ZigBee分為三類設備，分別是 End－Device（終端設備）、Router（路由器）和Coordinator（協調器），在這 3個設備中，ZigBee協調器是一號設備，也是第一個設備，它負責啟動整個網絡，先選擇一個信道和一個ID，隨后啟動整個網絡；ZigBee協調器也被用來幫助建立網絡中的安全層和應用層的綁定；然而ZigBee路由器允許其他ZigBee設備加入到路由器初始化的網絡中，然后ZigBee路由器與子節點ZigBee設備進行通信；終端設備就是ZigBee子節點，沒有維持網絡結構的能力和責任，ZigBee子節點可以睡眠或者喚醒，所以它可以是一個單獨的電池供電設備［6］。

3.3 智能硬件電路接口的設計與實現

物聯網云控制的照明燈是采用白熾燈加繼電器的控制形式，使用單片機控制繼電器實現繼電器的吸合，來控制高壓白熾燈的開關［7］。照明電路的設計如圖9所示。

圖9 照明電路設計圖

使用的溫度濕度采集傳感器是DHT11［8］，它是一款集校準功能的溫度及濕度的數字傳感器，工作電壓在3V－5.5V，它的精度濕度為±5%RH溫度為±2℃，量程濕度為20%RH－90%RH，溫度為0℃－50℃。溫濕度采集電路圖如圖10所示。

圖10 溫濕度采集電路圖

窗簾控制主要使用單片機控制步進電機轉動帶動機械結構［9］。

煙霧模塊接在單片機上，煙霧模塊感測外面煙霧濃度，把數據通過ZigBee傳給服務器，再通過服務器傳給物聯網云平臺，最后安卓app接收煙霧濃度數據。

4 結束語

本文主要介紹了物聯網控制系統的硬件電路構成，從復雜的嵌入式硬件電路設計，到zigbee組網電路的設計，到后面實現的基于單片機的智能硬件設備電路的實現，將硬件電路、嵌入式系統和軟件結合起來，實現完整的物聯網平臺控制系統［10］。

［1］徐千洋.Linux C函數庫參考手冊［M］.中國青年出版社，2002.

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［6］楊海清，周安棟，羅 勇，陳 牧.嵌入式系統實時網絡通信中的LCD顯示設計方法［J］.計算機與數字工程，2010，（2）.

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［9］馬忠梅，馬廣云，徐英慧，田 譯.ARM嵌入式處理結構與應用基礎［M］.北京航空航天大學出版社，2002.

［10］劉 飛.基于USB攝像頭的嵌入式圖像采集系統的研究與實現［J］.計算機應用技術，2008.

Hardware implementation of Linux－based internet of things platform control system

WANG Lin
（Xi＇an Aviation Institute，Xi＇an 710000，China）

A method to realize the model of the internet of things is proposed.A server center is set up in the home，which acts as the transfer station for processing the information data collected from the home equipment and controlling the home equipments.The server connects the remote server and sends the data to the external network，also collects the data measured by the hardware device and sends the control instructions to the controllable device［1］.

server；Internet of things；equipment；embedded；ZigBee

TP273

B

1005—7277（2017）03—0052—04

王 琳（1990－），女，陜西富平人，助教，碩士研究生，主要研究方向為計算機視覺、圖像處理、數據挖掘、機器學習等。

2016－12－01