基于Linux的智能家居管理方案

　　引言

　　物聯(lián)網(wǎng)指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，組成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。然后，將生活中的所有物品都納入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，方便識(shí)別和管理。通俗地說，互聯(lián)網(wǎng)的終端是人，而“物聯(lián)網(wǎng)”的終端是物品，每一件物品都有CPU、網(wǎng)絡(luò)地址和傳感器，物品與物品之間也可以傳遞信息、發(fā)送指令，其主要宗旨是讓所有物品與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的對(duì)物體進(jìn)行監(jiān)控、識(shí)別、定位、追蹤并觸發(fā)相應(yīng)事件。

　　物聯(lián)網(wǎng)的興起，為智能家居提供了條件。如何通過簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，最終開發(fā)出一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的支持多終端應(yīng)用的智能家居物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是非常有意義、有價(jià)值的工作。本系統(tǒng)基于Linux操作系統(tǒng)，開發(fā)了一套融合無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別裝置的智能家居控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有智能抄表、遠(yuǎn)程開啟電器、射頻識(shí)別遠(yuǎn)程遙控等功能。

　　1　系統(tǒng)概述

　　本系統(tǒng)采用S3C2440芯片作為主控制器，操作界面為4.3寸觸摸顯示屏。上電后，顯示屏顯示整個(gè)家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備，每個(gè)設(shè)備分別對(duì)應(yīng)一個(gè)圖標(biāo)，包括燈光控制、風(fēng)扇、冰箱、電飯煲、燃?xì)饬髁坎杉?。點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入該設(shè)備相應(yīng)的詳細(xì)信息欄。進(jìn)入燈光控制界面，可以方便地查看家中各房間亮燈情況，也可遠(yuǎn)程通過短信方式控制各房間的燈的亮滅；燃?xì)馐褂们闆r可方便地發(fā)送至相關(guān)采集部門；坐在辦公室，一條短信可以將電飯煲電源接通。家居中各設(shè)備與主控平臺(tái)間選擇了2.4 GHz的無線射頻收發(fā)芯片nRF24L01，通過它可以實(shí)現(xiàn)各家居設(shè)備與主控平臺(tái)間的無線通信。主控平臺(tái)與外網(wǎng)的通信，采用的是德國西門子公司的 MC39i GSM/GPRS終端無線模塊。燃?xì)饬髁繙y(cè)量采用了美國矽翔微機(jī)電系統(tǒng)（上海）有限公司的MF4000系列氣體流量計(jì)燃?xì)饬髁坑?jì)，智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖1　智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控與管理中心，它主要集成了無線通信模塊、射頻識(shí)別模塊、紅外感應(yīng)模塊、觸摸顯示屏。該總控平臺(tái)一方面可以通過無線模塊接收到外部命令（例如：手機(jī)短信），并通過射頻識(shí)別，控制對(duì)應(yīng)的家居設(shè)備按指示工作，例如，打開電飯煲、空調(diào)或洗衣機(jī)。另一方面，各家居設(shè)備運(yùn)行信息可以通過射頻模塊接收采集（例如采集燃?xì)庾x數(shù)、水表讀數(shù)、電表讀數(shù)等），處理后，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)將數(shù)據(jù)分類處理后，可選擇有用數(shù)據(jù)發(fā)送至對(duì)應(yīng)公司服務(wù)器（例如燃?xì)夤尽?a target="_blank">供電局、水廠等），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表。

　　智能家居控制系統(tǒng)的中的每一個(gè)家居設(shè)備，都需要分別安裝一個(gè)射頻識(shí)別模塊，通過該模塊可以與嵌入式ARM2440系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)短距離無線通信。

　　2　射頻識(shí)別模塊

　　nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz世界通用ISM頻段的單片射頻收發(fā)器件。該射頻識(shí)別模塊可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，多機(jī)通信采用頻分多址的方法，只需要在接收端對(duì)不同的通道配置地址即可。發(fā)送端使用相應(yīng)的地址作為本機(jī)地址。接收數(shù)據(jù)時(shí)通過讀取STATUS中相關(guān)位即可得知接收的是哪個(gè)通道的數(shù)據(jù)。射頻識(shí)別模塊內(nèi)包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型 SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道的選擇和協(xié)議可以通過對(duì)應(yīng)的SPI接口進(jìn)行設(shè)置。射頻識(shí)別模塊功耗低，當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6 dBm時(shí)，電流消耗為9.0 mA；接收模式時(shí)為12.3 mA，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。

　　nRF24L01在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)，nRF24L01在星形網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)如圖2所示。每一個(gè)數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道，也就是說6個(gè)不同的nRF24L01設(shè)置為發(fā)送模式后可以與同一個(gè)設(shè)置為接收模式的nRF24L01進(jìn)行通信，而設(shè)置為接收模式的 nRF24L01可以對(duì)這6個(gè)發(fā)射端進(jìn)行識(shí)別。同一時(shí)刻，所有的數(shù)據(jù)通道都被搜索，但只能接

　　圖2　nRF24L01在星形網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)

　　收一路數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)。nRF24L01在確認(rèn)收到數(shù)據(jù)后記錄地址，并以此地址為目標(biāo)地址發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，在發(fā)送端數(shù)據(jù)通道0被用作接收應(yīng)答信號(hào)，因此數(shù)據(jù)通道0的接收地址要與發(fā)送端地址相等以確保接收到正確的應(yīng)答信號(hào)。