基于ARM的智能家居设计

　　本系统采用嵌入式MCU(S3C2440)作为主控器件，用户使用Web 浏览器， 通过以太网远程访问内置Web 服务器的监控摄像机， 不但可以实现对现场的远程视频监控， 而且可以向监控现场发送指令. 在整个系统的实现过程中， 嵌入式Web 服务器起着十分重要的作用， 当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能科技化的现代智能家居系统。

　　1 课题背景

　　由于通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。

　　2 系统总体方案

　　总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统类型。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微控制系统的重要组成部件之一。

　　本系统特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳几种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。而把单片机面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。

　　3 硬件电路设计

　　S3C2440A是韩国三星公司推出的16/32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920T内核。

　　特点：具有PLL时钟发生器，主频最高可达533M。内核1.2V供电最高400M，1.3V供电最高533M。存储器支持1.8V、 2.5V、3.0V、3.3V。I/O均支持3.3V供电。s3c2440为单机器周期执行指令集。具有电源管理功能，可以使系统以普通方式、慢速方式、空闲方式和掉电方式工作，降低产品功耗。

　　GPRS模组介绍，GPRS模组采用SIM300通讯芯片(如图 3.3)，利用无线移动网络实现语音传输和点对点数据传输。同时，模组内具备TCP/IP协议栈，可以直接利用它实现无线上网。模组使用标准的UART串行通信接口(如图3.4)与主芯片进行通信，可以与任何带有通用UART串行通信接口的控制器进行连接。

　　GPRS模组使用标准串口与主控制器进行通讯。模组带有一个10针的接口，该接口可以直接和MCU相连接。或者用户可以通过模组上的RS232接口和PC机直接相连接使用。

　　GPRS模组需通过J4的电源开关信号(PWRKEY)输入引脚向GPRS模组输入，上电时序GPRS才能被启动，启动后GPRS的信号指示灯会闪烁。也可以手动按下GPRS模组上的ON/OFF按键，大约2秒之后松开，GPRS模组亦可以被启动。

　　GPRS模组启动之后，即可通过UART接口发送AT指令来控制语音或数据收发。

　　电源电路设计，由于本控制系统单元电路较多对且对5V 电源的要求比较高，其中TC35 模块的突发耗电电流峰值可达2.5A，故外加的稳压器件必须达到足以提供TC35 和其他电路额定电流的条件。在本系统中，采用了芯片s3c2440 完成从12V 到5V 的转换，必须特别注意的是， s3c2440芯片完成开关电源转换需要大功率的电感(100uH)和电容，以提高储能的能力，达到单元电路的耗电需求。s3c2440为5.0V3A 开关电源稳压器。

　　4 软件linux操作系统介绍

　　Linux是 Unix 的一种，它控制整个系统基本服务的核心程序 (kernel) 是由 Linus 带头开发出来的，“Linux”这个名称便是以“Linus's unix”来命名，Linus 选择用“大众公有版权” (GPL)的方式来发行这份程序，这个版权允许任何人以任何形式复制与散布 Linux 的原始程序，换句话说，Linux 实际上是“免费的”，使用者在网络上就可以抓到 Linux 的原始程序代码，随心所欲的复制与更改 Linux 的原始程序，在因特网的日渐盛行以及 Linux 开放自由的版权之下，吸引了无数计算机高手投入开发、改善 Linux 的核心程序，使得 Linux 的功能日见强大，所以今日我们可以在网络上免费下载 Linux 使用，或者花很少的一点费用就可以取得 Linux 光盘，这都是因为 Linux 是 GPL 版权的缘故。

　　Boa服务器和普通Web 服务器一样， 能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。

　　Boa服务器根据请求方法的不同， 做出不同的响应. 如果请求方法为HEAD， 则直接向浏览器返回响应首部; 如果请求方法为GET， 则在返回响应首部的同时， 将客户端请求的URL 目标文件从服务器上读出， 并且发送给客户端浏览器; 如果请求方法为POST， 则将客户发送过来的表单信息传送给相应的CGI 程序， 作为CGI 的参数来执行CGI 程序， 并将执行结果发送给客户端浏览器。 Boa 的功能实现也是通过建立连接、绑定端口、进行侦听、请求处理等来实现的。

　　CGI是： “公共网关接口”(Common Gateway Interface)的简称，是HTTP服务器与其它程序进行“交谈”的一种工具，其程序须运行在网络服务器上。

　　CGI是一段程序，它运行在Server上，提供同客户端 Html页面的接口。

　　CGI的功能：

　　(1)通常情况下CGI程序被用来解释处理来自表单的输入信息，在服务器产生相应的处理，并将相应的信息反馈给浏览器。

　　(2)CGI程序使网页具有交互功能。

　　CGI处理步骤：

　　通过Internet把用户请求送到服务器。服务器接收用户请求并交给CGI程序处理。CGI程序把处理结果传送给服务器。服务器把结果送回到用户。

　　CGI可以用任何一种语言编写，只要这种语言具有标准输入、输出和环境变量。

　　5 结论

　　本控制详细地阐述了远程控制原理、短消息发送的实现方法、以及相关电路的设计原理，设计中充分利用了系统的硬件和软件资源，实现了各个模块的协调控制，提高了系统的可靠性和通用性。经过设计方案论证，设计了相应的硬件电路和系统软件，进行了单机调试和与PC 机联机调试，结果表明，所设计的电路和软件能完成基本的测试功能。

　　作者：王远洋 来源：中国科技博览 2015年14期