一種嵌入式無線智能家居網關系統的設計方案

摘 要： 為了實現家庭內部網路與Int ernet 以及GSM 網的互聯， 提出了一種嵌入式無線智能家居網關系統的設計方案。該網關系統的硬件平臺以ARM920T 核處理器S3C2440 為主處理器， 采用ZigBee 協議建家庭內部網絡， 而且通過以太網模塊和GSM 模塊接入外部網絡。軟件平臺采用Linux 操作系統， 通過交叉編譯設計網關的應用程序。最后， 以QtopiaCo re 為嵌入式GUI, 進行家庭網關監測應用軟件的功能需求分析， 設計圖形用戶界面， 實現家庭內部信息的查詢。基于ARM9 和Linux 的嵌入式網關系統， 可擴展性強， 數據處理速度快， 使用簡單， 能夠對家庭網絡內部多項環境信息進行監測。

　　0 引言

　　智能家居系統是為適應現代化家庭生活而形成的一個形式多樣化的網絡系統。它是現代3C技術（計算機技術，通信技術，控制技術）與傳統家居系統相結合的產物，是家居信息化未來的發展方向。智能家居網絡通常包括智能家居網關，外部網，安防設備等。智能家居網關與其他4個部分連接，交互信息，對它們進行統一的管理。此外，智能家居網關還接入外部網絡，使用戶能夠遠程實時控制管理家庭內部網絡。

　　在本文中，智能家居網絡是指應用于家庭環境的無線傳感器網絡。在家庭中，部署各種傳感器，例如紅外傳感器，煙霧傳感器，RFID門磁傳感器來監測家庭的一些環境信息，這些傳感器通過自組織方式就構建了智能家居網絡。所以本文設計的智能家居網關主要是實現WSN網絡與Internet以及GSM網的互連。顯然，智能家居網關是整個家庭網絡的核心，主要實現Internet網，GSM網的接入，遠程控制，以及實現協議轉換連接家庭內部異構網絡的功能。目前基于PC方案的家庭網關不僅成本高，而且要求計算機一直處于開機狀態，因此，對于普通的用戶，家庭網關應采用廉價的嵌入式CPU，若單是采用8位或者16位的單片機，由于速度慢且資源有限，不能實現復雜的控制，效果不理想。

　　因此，以ARM920T核處理器S3C2440為主處理器，家庭內部通過JENNIC 5139射頻模塊自組織無線網絡。GSM模塊選用Wavecom GSM模塊。此外，本文用Qt設計了用戶可操作的觸摸屏界面。

　　1 網關需求分析

　　網關系統的主要功能是在現場及遠程終端監控家庭各個傳感器的工作狀態，并在異常時報警。各個傳感器將各自采集的信息，經過JEN-NIC射頻模塊的無線傳輸，傳送到網關系統上，通過嵌入式微處理器操作系統，將信息通過有線或者無線方式傳送到遠程終端上或者用戶手機上。網關部署如圖1所示。

圖1 網關部署結構圖

　　本文要實現的目標有以下3個：

　　（1）實現用戶在任何時間，任何地點通過遠程無線的方式對家庭內的環境信息查詢；

　　（2）對家庭內部的環境信息進行實時監控，當其中某一項參數超過一定指標時，以遠程無線方式通知用戶，發送報警信息；

　　（3）*遠程終端的連接請求，當有遠程Socket連接時網關發送數據。