基于Cortex-M3微處理器的智能家居監控終端的設計

摘要：在分析智能家居系統的組成和結構的基礎上，提出了通過Intemet網絡對家用電器和安防設備進行遠程監控的方法。給出了基于Cort-ex-M3微處理器的智能家居控制終端的硬件設計方案和實現方法，介紹了控制終端軟件實現的原理和流程。本系統還專門設計了一款內嵌Zig-bee模塊的PDA以方便用戶在室內對家用電器進行控制。該系統結構簡單、安全可靠、性價比高，具有廣闊的應用前景。
關鍵詞：Cortex-M3；LPC1769；Zigbee；智能監控

0 引言
智能家居系統是利用計算機、嵌入式系統和網絡技術，將各種家用照明、安防、家電等通過家庭網絡連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適生活的系統。隨著嵌入式Internet技術不斷地發展和成熟，通過Internet實現對智能家居的遠程監控正成為業界技術發展的方向。這種方式具有成本低、控制地域廣、可靠性高、通訊速度快、操作簡單等優點。其基本工作原理是把智能家居系統中的信息與控制中心設備(簡稱控制終端)設計成web服務器，通過遠程計算機上的瀏覽器軟件對嵌入式Web服務器的訪問實現遠程的監控。因此實現這種系統的關鍵就是要設計能夠接入Internet的嵌入式控制終端。

1 系統總體結構
1．1 系統結構
智能家居系統是由信息家電、安防報警、三表抄送三個子系統和一個控制終端組成的。控制終端是智能家居系統的核心設備，其主要功能是：對子系統各功能模塊實施分布式管理和控制；借助現場網絡與各模塊實現信息交換與共享；作為嵌入式web服務器，通過Intenet實現遠程通訊和監控。各子系統與控制終端通過家庭總線相連，家庭總線采用Zigbee無線通信方式。系統的結構圖如圖1所示。

1．2 系統的工作原理
系統的工作原理是智能控制終端根據從現場或遠程網絡接收到的指令，對各功能模塊實行分布式輪循管理與控制，同時把智能家居系統的狀態信息傳送到遠程控制端。控制終端與遠程計算機通過B／S模式工作，控制終端作用相當于一個嵌入式Web服務器，遠程計算機則作為瀏覽器工作。
用戶在家中可以通過內嵌Zigbee模塊的PDA方便地對家用電器進行控制。

2 系統硬件模塊設計
2．1 網絡接口模塊設計
ARM公司的Cortex-M3是一個速度快、功耗低、價格便宜的32位內核，能很好地實現控制以及以太網接入等功能。本設計選用NXP的具有Cortex-M3內核的LPC1769作為主控器件，采用ENC28J60作為網絡接口器件來設計以太網接入器。
圖2為網絡接口硬件連接示意圖。ENC28J60通過SPI總線實現與LPC1769的數據傳輸。SSEL為片選信號。SCK為時鐘信號，MOSI／MISO為數據傳輸串口。此外，ENC28J60還與網絡變壓器HR901170A相連，引出RJ45接口。

當用戶通過瀏覽器軟件向控制終端發出服務請求時，信息通過RJ45送至ENC28J60，ENC28J60負責將以太網幀的首、尾部信息剝離，將處理后的數據包送入LPC1769的TCP／IP協議棧以及應用層軟件處理。同時控制終端的網頁數據又可經過相反的方向傳送至遠程的用戶端進行顯示。