本設(shè)計(jì)射頻芯片選用挪威Chipco公司的cc2420芯片。該芯片基于Chipco公司Smart RF03技術(shù)。以0.18um CMOS工藝制成。只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。cc2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的需求，可確保短距離通信的有效性和可靠性，利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)快速組網(wǎng)。硬件應(yīng)用電路如下圖5所示：
圖5 CC2420硬件電路
軟件設(shè)計(jì)
通過天線接收設(shè)備無線節(jié)點(diǎn)傳輸過來的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過CC2420自動(dòng)校驗(yàn)。若無誤則經(jīng)過解碼、譯碼，然后經(jīng)過SPI接口送往ATmega128L，再經(jīng)過串口UART1送往S3C2440，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后顯示于相應(yīng)的LCD觸摸屏上。
系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)
CMU以及節(jié)點(diǎn)的程序流程圖，分別見圖6和7。在CMU中先初始化LCD及射頻芯片，然后程序開始初始化協(xié)議棧并打開中斷。之后程序開始格式化一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。最后處理函數(shù)apsFSM()(在APS層上實(shí)現(xiàn)的FSM(有限狀態(tài)機(jī)))監(jiān)控中的zigbee信號(hào)。如果現(xiàn)在有節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，則LCD和串口輸出都會(huì)給節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。同樣函數(shù)apsFSM()里接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的溫度傳感器采集到的數(shù)值及一些按鍵操作，并在LCD上顯示處理，也同時(shí)從串口發(fā)送出來。
處理器軟件結(jié)構(gòu)
處理器采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，在原Bootloader、Kernel上修改文件系統(tǒng)，添加GUI應(yīng)用程序，并修改系統(tǒng)啟動(dòng)腳本使應(yīng)用程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自運(yùn)行。軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。
測試與分析
為了保證智能家居系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，我們將主控設(shè)備裝入模具中進(jìn)行了一周高溫測試，系統(tǒng)一直保持了穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)CMU溫度進(jìn)行了測量，環(huán)境溫度與CMU溫度的比較如下圖所示，理論情況下，CMU工作的最大溫度為45°C，由下圖6.9看出，CMU工作的溫度屬于正常范圍。
同時(shí)對(duì)智能家居系統(tǒng)的家居設(shè)備無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了性能測試。測試條件為：1、用障礙物將CMU模塊與家居設(shè)備無線節(jié)點(diǎn)隔開;2、CMU模塊的波特率為250kbps;3、每一幀數(shù)據(jù)為64字節(jié);5、每次測試數(shù)據(jù)發(fā)送1000幀，發(fā)送間隔為200ms。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，由表可以看出，系統(tǒng)如果要正常工作，需保持在200m距離范圍內(nèi)。
結(jié)論
本文從智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本、功耗、性能等方面出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種可行的智能家居系統(tǒng)的構(gòu)建方案。以高性能、低功耗的S3C2440芯片裝載linux嵌入式系統(tǒng)作為中央管理單元的處理器，用zigbee無線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)CMU、無線家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)、無線傳感器節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)和互動(dòng)，使之成為一個(gè)小型的家居“物聯(lián)網(wǎng)”并且利用成熟的Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。并在硬件芯片選擇和電路設(shè)計(jì)方面優(yōu)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)性能得到了很大的改善，成本也降低了許多。
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