基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計

于海生 馬傳翔 邵松

摘要 社會的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的增長有效推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得智能家居網(wǎng)關(guān)被廣泛的應(yīng)用到家庭生活當(dāng)中，為人們的生活帶來了便利。基于此，本文以基于ARM平臺智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計為主要研究內(nèi)容，通過對智能家居網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計的介紹，進(jìn)而深入探討了網(wǎng)關(guān)軟硬件的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】ARM平臺 智能家居網(wǎng)關(guān) 軟件 硬件

近年來，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，使得人們的生活逐漸向著家居智能化的方向發(fā)展。而在家居智能化內(nèi)，智能家具網(wǎng)關(guān)是其中的重要組成部分，合理的對其進(jìn)行設(shè)計，可以為家居智能化更好的運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

1 基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計

1.1 功能需求

對基于ARM平臺智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)計時，需要其存在無線路由器的功能，可以在用戶使用過程中，對電力傳輸協(xié)議、IEE 802.11協(xié)議等進(jìn)行變換。同時，該網(wǎng)關(guān)內(nèi)，不僅需要其具有非常強(qiáng)大的處理能力，能夠在接受到信息后，第一時間對信息進(jìn)行處理，而且還要確保服務(wù)種類的多樣性，只有這樣，才會滿足客戶的多種需求。因此，在選擇主芯片時，以S3C6410處理器為主。

1.2 主動與被動工作模式

當(dāng)網(wǎng)關(guān)在主動模式下運(yùn)行時，可以根據(jù)之前設(shè)置的指令，直接對家電設(shè)備進(jìn)行操作，使其能夠按照用戶的要求運(yùn)行;當(dāng)網(wǎng)關(guān)在被動模式下運(yùn)行時，需要先通過相關(guān)的協(xié)議，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理，使其變?yōu)閁PD格式后，在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播，以便主機(jī)能夠獲得這些信息。同時，主機(jī)接收到信息后，再次對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并傳輸?shù)诫娏鬏斁€上，使得室內(nèi)所有的設(shè)備，均能接收主機(jī)傳遞的信息，從而達(dá)到控制家電設(shè)備的目的，如圖1所示。在實(shí)際當(dāng)中，上述任何一種模式，都需要利用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行控制，通過網(wǎng)關(guān)卡將室內(nèi)與室外有效隔離起來。

通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，從電氣設(shè)備到主機(jī)運(yùn)行時，工作原理為：

（1）家電設(shè)備發(fā)出MAC信號，源地址為00，目標(biāo)地址為Ol;

（2）網(wǎng)關(guān)接收信號，分析出相關(guān)數(shù)據(jù)DATA：

（3）網(wǎng)關(guān)構(gòu)建UPD數(shù)據(jù)報，目標(biāo)端口為10;

（4）針對圖1內(nèi)的表1，網(wǎng)關(guān)構(gòu)建報文，源地址為192.168.1.2，目標(biāo)地址為廣播地址;

（5）對相關(guān)信息進(jìn)行傳遞;

（6）主機(jī)對UDP進(jìn)行監(jiān)聽，主機(jī)接收到數(shù)據(jù);

（7）主機(jī)根據(jù)獲得信息做出相應(yīng)動作。

從主機(jī)到電氣設(shè)備運(yùn)行時，工作原理為：

（1）主機(jī)生成相應(yīng)數(shù)據(jù)包DATA：

（2）主機(jī)構(gòu)建UPD數(shù)據(jù)報，目標(biāo)端口為10;

（3）針對圖l內(nèi)的表2，主機(jī)構(gòu)建報文，源地址為192.168.2.2.目的地址為192.168.1.2;

（4）主機(jī)發(fā)出相關(guān)信息，并傳遞到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：

（5）網(wǎng)關(guān)對UDP進(jìn)行監(jiān)聽，獲得數(shù)據(jù)報;

（6）網(wǎng)關(guān)獲取目標(biāo)地質(zhì);

（7）網(wǎng)關(guān)分析用戶數(shù)據(jù)，并針對圖l內(nèi)的表1，對MAC信息進(jìn)行組裝，目標(biāo)地址為00，源地址為01。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文研究當(dāng)中，以S3C6410為主要的處理器，該處理器的內(nèi)核為ARM1176JZF-S，并伴有16/32位RISC，能夠同時與RAM與ROM連接。而且，該處理器還存在很多的SDIO接口與UART接口，不僅便于二次開發(fā)，而且還方便各種形式的應(yīng)用。

2 基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計

2.1 硬件電路設(shè)計

智能家居網(wǎng)關(guān)的硬件當(dāng)中，主要由四核模塊構(gòu)成。

（1）無線Wi-Fi收發(fā)模塊，該模塊內(nèi)，選擇了AW-GM320為芯片，通過SDIO接口與CPU連接。同時PL3106通過串口，與處理器相連，通過單片機(jī)的編寫能力，使得芯片在整個網(wǎng)關(guān)當(dāng)中發(fā)揮出最大的作用。

（2）電力傳輸模塊，

（3）以太電路模塊，一般情況下，將電力傳輸模塊與以太電路模塊共同設(shè)計，電路圖如圖2所示。

網(wǎng)關(guān)發(fā)布信息時，首先根據(jù)實(shí)際配置情況，從PL3105處輸出信號，當(dāng)信號進(jìn)入三極管內(nèi)，將會對其進(jìn)行一定的處理，提升信號的帶負(fù)載水平。而網(wǎng)關(guān)接收信息時，需要通過載波接收電路的方式，利用

公式，對耦合載波信息進(jìn)行處理。此外，對TCP/IP協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議設(shè)計時，只要在串口處，將CPU與變壓器連接到一起，即可發(fā)揮出協(xié)議功能以及達(dá)到轉(zhuǎn)變電壓的目的。

2.2 軟件流程設(shè)計

對智能家居網(wǎng)關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)計時，主要以嵌入式Linux為主，通過其對網(wǎng)關(guān)內(nèi)進(jìn)程、設(shè)備等進(jìn)行控制。同時，在整個網(wǎng)關(guān)內(nèi)，還以LinUx為中心，逐漸加入了多種應(yīng)用層協(xié)議程序模塊，如DHCP，RIP路由協(xié)議等。IP層內(nèi)，需要先對信息進(jìn)行過濾，并通過服務(wù)器，對信息進(jìn)行解包、辨別等處理后，將信息傳遞給PL3106。同理，PL3106傳輸信息時，也要在服務(wù)器進(jìn)行處理后，才可以正常傳輸。

3 總結(jié)

綜上所述，在社會快速發(fā)展的背景下，智能家居網(wǎng)關(guān)得到了更加廣泛的應(yīng)用，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅提高了家庭的安全性，同時還為人們的居住提供了更加良好的服務(wù)。基于此，本文利用以ARM1176JZF-S為內(nèi)核的S3C6410處理器為主，對智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了設(shè)計，從而為智能家居網(wǎng)關(guān)更好的應(yīng)用與發(fā)展提供了重要幫助。

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