基于S3C2410的WLAN智能住宅控制終端的設計
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摘要：信息技術在建筑行業的高速發展使得智能住宅和智能小區迅速崛起并成長為巨大的新興產業。文章提出了一個基于S3C2410的高性能、低價格的ＷＬＡＮ智能住宅控制終端的設計方案。該方案依托成熟的無線局域網技術，可實現智能小區建設所需的安全防范、管理自動化和信息自動化的功能。
１ 前言
信息技術在建筑行業的逐步滲透，帶動了智能大廈、智能住宅以至于智能小區的高速發展。這一新興產業集現代建筑技術、電子技術、通訊技術與控制技術為一體，正在迅速崛起并成長壯大。
智能住宅小區須具備以下的基本特征和功能：
●安全自動化（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＳＡ）：
防盜監控、消防監控、環境監控、緊急求助、出入口監控等。
●管理自動化（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＭＡ）：
設備管理、收費管理、事務管理等。
●信息自動化（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ? ＩＡ）：
話音、圖像、數據通訊、家庭電子商務等。
基于ＷＬＡＮ的智能小區管理系統示意圖如圖１所示，可以采用“智能住宅控制終端＋中央控制器”的方式來構建智能小區。其基本設計思想是采用集中分散的多級控制管理。通過每個住戶安裝的智能住宅控制終端，有效監控住戶設定的各種防范監控要求，并自動為物業管理公司抄寫各種量表（水、電、氣等），提供緊急求助功能，還可以和門口機實現可視對講。中央控制器則實時詢問各個控制終端的信息，為物業公司提供小區中各住戶的安防情況，減輕物業管理公司的工作量。同時，這種實現方式提供住戶和物業管理公司之間的交互途徑，可以在這一平臺上發展家庭電子商務。
不難看出，這種實現方式需要一個布線難度低、業務擴展性好的通信平臺。而隨著無線局域網（ＷＬＡＮ）技術的成熟和價格的下降，ＷＬＡＮ將成為智能小區中最重要的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入方式。
基于ＷＬＡＮ的智能住宅控制終端依托成熟的無線局域網技術，可實現智能小區建設所需要的安全防范、管理自動化和信息自動化的功能。同時，無線局域網的高速數據率和開放性，使我們很容易實現產品的功能升級和業務創新。
２ 系統設計
根據智能住宅控制終端的功能需求及市場上的成熟技術，我們采用“硬件＋嵌入式操作系統＋應用層軟件”的系統架構來設計智能住宅控制終端。
控制終端的硬件平臺以Ｓａｍｓｕｎｇ的Ｓ３Ｃ２４１０為核心，并輔以必要的外圍設備。這款芯片基于ＡＲＭ９２０Ｔ核，帶有豐富的接口，是一款性價比很高的ＡＲＭ核ＳＯＣ芯片。控制終端的軟件部分有兩層：嵌入式操作系統和應用層軟件。這里采用ＡＴＩ的 Ｎｕｃｌｅｕｓ做為嵌入式操作系統。Ｎｕｃｌｅｕｓ是開放源代碼的實時操作系統，采用模塊化的設計，開發平臺友好。根據功能需求，應用層軟件包含如下模塊：安防模塊、三表的讀寫模塊、可視對講模塊、家庭電子商務模塊、無線遙控模塊和人機交互模塊。
２．１ 硬件系統設計
圖２是硬件系統的總體設計和模塊劃分框圖，下面對各個模塊分別進行介紹。
（１） 主機模塊：Ｓ３Ｃ２４１０和外圍功能接口
主機模塊是系統的核心，控制著系統內其他模塊的正常工作。本設計采用Ｓ３Ｃ２４１０芯片來實現，它基于ＡＲＭ９２０Ｔ內核，自帶１６ｋＢ指令緩存和１６ｋＢ數據緩存以及ＭＭＵ單元，工作時鐘最高可達２０３ＭＨｚ，擁有豐富的片內外設，如ＵＳＢ（一個Ｈｏｓｔ，一個Ｄｅ-ｖｉｃｅ）、ＳＤＲＡＭ控制器、ＬＣＤ和觸摸屏控制器、ＵＡＲＴ（三個）、ＤＭＡ、Ｔｉｍｅｒ、ＲＴＣ、ＩＩＳ、ＩＩＣ、ＳＰＩ等等，同時還有豐富的ＩＯ端口資源，是一款性價比很高的ＡＲＭ核ＳＯＣ芯片。以下為Ｓ３Ｃ２４１０的接口類型及其在系統中的應用：
●ＬＣＤ控制器：外接３２０２４０的ＴＦＴ液晶屏；
●ＡＤ和觸摸屏接口：觸摸屏；
●ＧＰＩＯ口外接相應驅動電路：１６個輸入、４個輸出、ＬＥＤ顯示、鍵盤；
●ＵＳＢ接口（Ｈｏｓｔ）：無線通信模塊，支持８０２．１１ｘ系列標準；
●存儲器接口：３２Ｍ ＦＬＡＳＨ和６４Ｍ ＳＤＲＡＭ；
●ＵＡＲＴ接口：接ＴＩ７５１７６，ＲＳ４８５總線接口，連接ＲＩＵ模塊；
●ＵＡＲＴ接口：接無線遙控模塊；
●ＩＩＳ接口：接ＵＤＡ１３４１Ｓ音頻接口，語音提示。
電源管理模塊提供系統工作要求的電源。系統的工作電壓要求如下：輸入１２Ｖ電壓，輸出１．８Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ和２４Ｖ電壓。
可以采用７８０５實現１２Ｖ至５Ｖ的電壓轉化，采用ＴＰＳ７６７Ｄ３１８實現５Ｖ至３．３Ｖ和１．８Ｖ的轉換，采用ＭＡＸ６２９實現３．３Ｖ至２４Ｖ的升壓。
（３）無線通信模塊
由于智能小區的實現方案是基于無線局域網的，因此無線通信模塊在系統中顯得尤為重要。為了降低開發難度，可以采用市場上成熟的ＵＳＢ接口無線網卡。Ｓ３Ｃ２４１０提供了一個ＵＳＢ（Ｈｏｓｔ）接口，正好用于連接無線通信模塊。
（４）人機接口模塊
人機接口模塊提供了良好的人機交互界面，包括：ＬＣＤ和觸摸屏、ＬＥＤ、鍵盤、麥克和揚聲器。
（５）無線遙控模塊
無線遙控模塊是一種方便用戶操作的智能化終端，提供遠程布防、求助等功能。可采用市場上現有的產品模塊，這些模塊一般為ＵＡＲＴ接口。
（６）輸入輸出口模塊
系統的ＧＰＩＯ口可提供１６個輸入輸出口，４個輸出口。輸入口提供光耦隔離功能；輸出口有１２Ｖ，４００ｍＡ的驅動能力。
（７）ＲＩＵ總線模塊
智能住宅控制終端提供ＲＳ４８５接口，作為家庭網絡控制總線接口。系統采用ＴＩ７５１７６實現了Ｓ３Ｃ２４１０的ＵＡＲＴ接口向ＲＳ４８５總線接口的轉化。
２．２ 軟件系統設計
圖３是軟件系統的總體框圖，下面對各個層次和模塊分別進行介紹。
（１）嵌入式操作系統和驅動程序設計
Ｎｕｃｌｅｕｓ包含Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ、Ｆｉｌｅ模塊、ＭＭＵ模塊，Ｇｒａｆｉｘ模塊、ＮＥＴ模塊和其它應用層的協議模塊等。Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｐｌｕｓ是專為強實時性嵌入式產品而開發設計的實時、搶占式、多任務內核。Ｇｒａｆｉｘ是一個圖形管理模塊，支持ＬＣＤ和觸摸屏，用于開發人機界面。Ｆｉｌｅ模塊是文件系統管理模塊。ＭＭＵ是一個內存管理單元，支持系統高效地使用有限的內存空間。ＮＥＴ模塊即網絡模塊，用于實現ＴＣＰ／ＩＰ協議棧。此外，Ｎｕｃｌｅｕｓ也提供很多應用層的協議模塊包括ＨＴＴＰ、ＴＦＴＰ、ＳＮＭＰ等。
Ｎｕｃｌｅｕｓ的開發平臺以ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ的Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ Ｃ＋＋為基礎，提供了仿真平臺ＭＮＴ和多任務調試工具ＭＴＤ，方便用戶使用，可以大大加快用戶的開發時間。
（２）應用層軟件模塊
應用層軟件由系統應用層協議（ＨＩＭＭＰ：ＨＩＭ Ｍａｎａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和各個功能模塊組成。系統應用層協議規定了中央控制器以及門口機和智能住宅控制終端之間的通信協議，是系統應用層軟件的基礎，應用層軟件模塊就是在這個協議的基礎上進行的。
應用層軟件模塊包括安防模塊、可視對講模塊、家庭電子商務模塊、三表讀寫和管理模塊以及人機接口模塊。
安防模塊用于監測用戶設定的安防措施，包括防火、煤氣泄漏、門窗被撬等，實時發出警報并報告物業管理中心；可視對講模塊負責住戶和門口機的可視對講并控制大門的開關；家庭電子商務模塊實現家庭電子商務功能，可以瀏覽各種日常生活用品的供應情況（這些數據來自物業管理公司），并下訂單購物；三表讀寫和管理模塊負責抄寫住戶的水電氣表，匯總到中央服務器，并支持用戶的實時查詢。
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