UART0來連接，設(shè)置相應(yīng)波特率后實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。其通信接口電路如圖2所示，只需連接TXD0和RXD0兩根信寫線即可實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)傳輸通信。
[0039]ff 1-Fi模塊:該模塊用來實現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與Internet連接。W1-Fi模塊采用威盛的VT6656芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，VT6656芯片內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，降低了設(shè)計的難度，同時大大提高了主控制器處理其他數(shù)據(jù)的能力。VT6656與S3C2440A的連接非常簡單，二者可以通過標準的USB接口直接相連。V T6656芯片的主要特性:54Mbps、標準802.llg無線Internet訪問，比基于802。1比協(xié)議快5倍;采用USB 2。0最高比USB 1.1快40倍;新的天線技術(shù)支持更遠距離的無線訪問支持所有標準802.llg和802.lib無線路由器及接入點支持64/128/152feffEP，加密支持WPA/WPA2、WPA_PSK/WPA2_PSK等高級加密與安全機制。
[0040]軟件平臺設(shè)計:軟件平臺采用一種開放源碼的Linux操作系統(tǒng)，便于在其基礎(chǔ)上完成各項相關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)。軟件主要涉及到操作系統(tǒng)的裁剪與編譯、驅(qū)動程序編寫和系統(tǒng)主程序編寫。
[0041]家庭網(wǎng)關(guān)軟件體系結(jié)構(gòu):家庭網(wǎng)關(guān)采用模塊化設(shè)計方案，如圖3所示由硬件驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和應(yīng)用程序?qū)咏M成。硬件驅(qū)動層描述網(wǎng)關(guān)節(jié)點中Zigbee模塊和W1-Fi模塊的驅(qū)動操作系統(tǒng)層移植了ARM Linux實時操作系統(tǒng)內(nèi)核；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層移植了Zigbee和W1-Fi協(xié)議棧，實現(xiàn)Zigbee和W1-Fi協(xié)議雙向轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序?qū)釉贚inux內(nèi)核上移植嵌入式Web服務(wù)器軟件Boa。
[0042]網(wǎng)關(guān)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層主要完成從W1-Fi和Zigbee協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換工作。對于從Zigbee設(shè)備發(fā)送到W1-Fi的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)關(guān)需要經(jīng)過以下處理步驟:Zigbee設(shè)備接收到數(shù)據(jù)—去掉物理層Zigbee分組—去掉MAC層Zigbee分組—添加MAC頭的W1-Fi分組—添加物理層頭的W1-Fi分組—W1-Fi處理或發(fā)送。W1-Fi接收數(shù)據(jù)到發(fā)送給Zigbee設(shè)備的過程如下:W1-Fi接收到數(shù)據(jù)—去掉物理層W1-Fi分組—去掉MAC層W1-Fi分組—添加MAC頭的Zigbee分組—添加物理層頭的Zigbee分組—Zigbee處理或發(fā)送。W1-F1-Zigbee通信協(xié)議模型如圖4所示。
[0043]Zigbee組網(wǎng)軟件設(shè)計:家庭網(wǎng)關(guān)集成了 Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和嵌入式Web服務(wù)器，有兩個主要功能。1)實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立，傳感器節(jié)點管理和數(shù)據(jù)傳輸。將收集到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，使用戶可以隨時查詢監(jiān)控Zigbee終端設(shè)備的狀態(tài)。2)用戶可以通過Web瀏覽器直接訪問網(wǎng)關(guān)，可以進行實時監(jiān)測和遠程管理。
[0044]為了實現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的功能，在硬件平臺上移植了Linux2.6實時操作系統(tǒng)、Zigbee協(xié)議棧和VT6656的驅(qū)動程序，并使用基于HTTP協(xié)議的Boa服務(wù)器作為Web服務(wù)器，其中Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的軟件實現(xiàn)包括Zigbee協(xié)議和監(jiān)控管理程序的移植。該軟件流程如圖5所示。
[0045]在智能家居內(nèi)部Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中，首先協(xié)調(diào)器進行初始化，然后協(xié)調(diào)器選擇一個稱為PAN ID的標識寫碼，接著啟動網(wǎng)絡(luò)，所有的設(shè)備接入CSMA_CA機制的協(xié)調(diào)器。當協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)時，首先判斷是新節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的請求還是設(shè)備節(jié)點的控制請求:如果是新節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的請求則分配網(wǎng)絡(luò)地址并綁定節(jié)點如果是控制請求，則調(diào)用控制請求處理函數(shù)處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理完畢，協(xié)調(diào)器返同等待請求監(jiān)聽狀態(tài)。
[0046]家庭網(wǎng)關(guān)主程序設(shè)計:家庭網(wǎng)關(guān)是建立在傳輸層以上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，通常它連接兩個或多個相互獨立的網(wǎng)絡(luò)，每接收一種協(xié)議的數(shù)據(jù)包后，在轉(zhuǎn)發(fā)之前將它轉(zhuǎn)換為另一種協(xié)議的格式，Zigbee協(xié)議棧由一系列分層結(jié)構(gòu)組成，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用支持層和應(yīng)用層，每一層為上一層提供服務(wù)。采集節(jié)點將要傳輸?shù)墓?jié)點地址信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)以Zigbee幀的形式打包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。傳送數(shù)據(jù)在通過物理介質(zhì)進入網(wǎng)關(guān)后，先用Zigbee協(xié)議棧解封裝得到原始數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)可以用操作系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件根據(jù)需要對原始數(shù)據(jù)處理。然后再以TCP/IP協(xié)議打包后通過USB 口與W1-Fi通信模塊VT6656相連，W1-FiVT6656網(wǎng)卡通過AP路由器，將數(shù)據(jù)傳送到W1-Fi網(wǎng)絡(luò)中，AP路由器接入Internet，從而實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與Internet相連。為實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制兩人功能，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計由前導(dǎo)碼、數(shù)據(jù)模式、目標地址、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)信息與校驗和等部分構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)信息字段又劃分為方向位、功能類型和數(shù)據(jù)。方向位分為上行和下行兩種:上行傳輸?shù)氖潜O(jiān)測數(shù)據(jù)，下行傳輸?shù)氖强刂泼睢?br>[0047]家庭網(wǎng)關(guān)主程序處理流程如圖6所示。硬件上電系統(tǒng)啟動以后，應(yīng)用程序初始化，網(wǎng)關(guān)開始監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，有數(shù)據(jù)到來網(wǎng)關(guān)進入中斷狀態(tài)。首先判斷是否Zigbee數(shù)據(jù)，如果是Zigbee數(shù)據(jù)，按照WSN協(xié)議處理數(shù)據(jù)然后打包轉(zhuǎn)發(fā)給W1-Fi模塊，網(wǎng)關(guān)返同監(jiān)聽狀態(tài);如果不是Zigbee數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)判斷是否W1-Fi數(shù)據(jù)，如果是則以W1-Fi協(xié)議處理數(shù)據(jù)然后打包轉(zhuǎn)發(fā)給Zigbee模塊，并返同監(jiān)聽狀態(tài);若是未知數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)進行丟棄處理直接返同監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。
[0048]本發(fā)明提出了一種無線智能家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和實現(xiàn)方案，該方案采用低功耗ARM處理器S3C2440A為核心，利用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的模塊W1-Fi為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)出口，以嵌入式Web服務(wù)器為網(wǎng)關(guān)，克服了傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)下Zigbee傳輸速率較低的瓶頸，利用W1-Fi和Zigbee全網(wǎng)無線無縫連接。該系統(tǒng)可靠性高、協(xié)議轉(zhuǎn)換效率高，抗干擾能力強，同時具有很好的通用性，非常適合在智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:包括家庭網(wǎng)關(guān)、存儲單元、通信模塊、顯示模塊和終端設(shè)備，所述存儲單元、通信模塊和顯示模塊均與家庭網(wǎng)關(guān)相連，所述終端設(shè)備通過通信模塊與家庭網(wǎng)關(guān)通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述家庭網(wǎng)關(guān)為ARM9芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述ARM9芯片的型號為S3C2440A。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述通信模塊包括Zigbee模塊和W1-Fi模塊，所述Zigbee模塊采用JENNIC公司的JN5139，所述W1-Fi模塊采用威盛的VT665芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述終端設(shè)備為Zigbee終端設(shè)備，所述Zigbee終端設(shè)備通過Zigbee模塊與家庭網(wǎng)關(guān)通信。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述Zigbee終端設(shè)備包括紅外探測器、門磁開關(guān)、火災(zāi)探測器和煙感燃氣探測器中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述顯示模塊為LCD顯示模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述存儲單元包括Flash和SDRAM。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述家居網(wǎng)關(guān)還包括GP1接口，所述GP1接口與家庭網(wǎng)關(guān)相連。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述家居網(wǎng)關(guān)還包括JTAG接口，所述JTAG接口與家庭網(wǎng)關(guān)相連。
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)，包括家庭網(wǎng)關(guān)、存儲單元、通信模塊、顯示模塊和終端設(shè)備，所述存儲單元、通信模塊和顯示模塊均與家庭網(wǎng)關(guān)相連，所述終端設(shè)備通過通信模塊與家庭網(wǎng)關(guān)通信。該系統(tǒng)可靠性高、協(xié)議轉(zhuǎn)換效率高，抗干擾能力強，同時具有很好的通用性，非常適合在智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用。
【IPC分類】H04W88/16
【公開號】CN105491690
【申請?zhí)枴緾N201510808955
【發(fā)明人】蔡旭東, 姜惠啟, 孫淼
【申請人】青島中科軟件股份有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月20日