基于無(wú)線(xiàn)智能家居系統中的GPRS硬件開(kāi)發(fā)解決方案

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對生活要求的不斷提高，實(shí)現家庭智能的遠程控制已經(jīng)成為必然的趨勢。國家建設部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心提出住宅小區要實(shí)現六項智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范自動(dòng)化監控管理：對住宅的火災、有害氣體的泄漏實(shí)行自動(dòng)報警;防盜報警系統應安裝紅外或微波等各種類(lèi)型報警探測器;系統應能與計算機安全綜合管理系統聯(lián)網(wǎng);計算機系統能對防盜報警系統進(jìn)行集中管理和控制。相關(guān)文章：《硬件開(kāi)發(fā)設計方案》

?但由于目前無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的不成熟、運行費用高等弊端，智能家居控制器與外網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)成為導致市場(chǎng)接受度低的重要因素，而GPRS系統的特點(diǎn)能夠很好的解決該問(wèn)題。GPRS網(wǎng)絡(luò )通信業(yè)務(wù)是通訊公司推出的一項數據傳輸通信業(yè)務(wù)，在GPRS網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內，傳輸距離不受限制，通信費用相對低廉，傳輸速率較快。本文涉及家庭智能系統及GPRS技術(shù)相關(guān)背景，分析了其各自基本特點(diǎn)和所要實(shí)現的基本功能，并在此基礎上提出了基于GPRS無(wú)線(xiàn)智能家居系統的總體解決方案。最后總結系統核心GPRS芯片軟硬件實(shí)現方法。
 

 

系統總體架構

網(wǎng)絡(luò )應用的普及以及各種信息家電的產(chǎn)生都使得在家庭內部對Internet的訪(fǎng)問(wèn)不再局限于單個(gè)PC，每個(gè)家庭都將面臨如何在家庭內部傳送Internet數據以及如何將各種家電設備連接起來(lái)的問(wèn)題，基于此，智能家居網(wǎng)絡(luò )應運而生。智能家居網(wǎng)絡(luò )是信息社會(huì )的基本單元。未來(lái)的家庭中，各種家電設備將組成一個(gè)家庭局域網(wǎng)，并通過(guò)智能家居控制器接入互聯(lián)網(wǎng)。智能家居網(wǎng)絡(luò )的市場(chǎng)發(fā)展潛力極其可觀(guān)，幾家大的廠(chǎng)商Intel、IBM、Microsoft及Sony都早已涉及其中。

智能家居網(wǎng)絡(luò )指的是在一個(gè)家居中建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )，將各種家電設備互相連接起來(lái)，實(shí)現對所有智能家居網(wǎng)絡(luò )上的家電設備的遠程使用和控制及任何要求的信息交換，如音樂(lè )、電視或數據等。智能家居網(wǎng)絡(luò )的構架包括家庭內部網(wǎng)絡(luò )系統、智能家居控制器以及智能家居網(wǎng)絡(luò )與外部Internet網(wǎng)絡(luò )之間的數據通信。其中，智能家居控制器是智能家庭網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要組成部分，起到核心的管理、控制和與外部網(wǎng)絡(luò )通訊作用。它是通過(guò)家庭管理平臺與家居生活有關(guān)的各種子系統有機結合的一個(gè)系統，也是連接家庭智能內部和外部網(wǎng)絡(luò )的物理接口，完成家庭內部同外部通信網(wǎng)絡(luò )之間的數據交換功能，同時(shí)還負責家庭設備的管理和控制。

智能家居控制器一方面需要為家庭內部布線(xiàn)提供通訊接口，能夠采集家庭設備的信息，并進(jìn)行處理，自動(dòng)控制和調節;另一方面智能家居控制器作為家庭網(wǎng)關(guān)，也為外部提供網(wǎng)絡(luò )接口，連通家庭內部網(wǎng)絡(luò )和外部Internet網(wǎng)絡(luò )，使得用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )等方式訪(fǎng)問(wèn)家庭內部網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現監視和控制。此外智能家居控制器還應當具備自動(dòng)報警等功能，即當發(fā)現報警信號如：有人惡意闖入，溫度超高等，控制器能立即處理并向用戶(hù)發(fā)出報警信號。

智能家居控制器為系統的核心，可采用ARM嵌入式系統設計，能夠自動(dòng)運行、處理數據，通過(guò)RS485總線(xiàn)管理和控制各控制終端。并且控制器通過(guò)GPRS模塊，實(shí)現家庭系統與外部網(wǎng)絡(luò )的通訊，使用戶(hù)可以通過(guò)短信和互聯(lián)網(wǎng)等方式實(shí)現家庭系統的遠程控制，同時(shí)，控制器還通過(guò)鍵盤(pán)和顯示屏為用戶(hù)提供人機界面，方便用戶(hù)實(shí)現本地控制?？刂平K端為單片機組成若干小的控制系統控制各家用設備，并通過(guò)控制總線(xiàn)將這些小的控制系統組成網(wǎng)絡(luò )，連接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。

智能家居控制器的具體功能包括：

家用設備的數據采集：采集家用設備包括室內溫度，燈具家電，防盜門(mén)等設備的狀態(tài)數據，經(jīng)控制器處理后反饋給用戶(hù)。

本地控制：用戶(hù)通過(guò)控制器上的鍵盤(pán)和顯示屏，對家用設備進(jìn)行監控。

遠程控制：遠程用戶(hù)可以通過(guò)發(fā)送手機短信或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對家庭系統進(jìn)行控制和查詢(xún)。

自動(dòng)報警：當控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時(shí)，及時(shí)觸發(fā)室內報警裝置，并通過(guò)發(fā)送報警短信等方式及時(shí)通知用戶(hù)。

溫度查詢(xún)：用戶(hù)可以通過(guò)控制器查詢(xún)室內溫度。

防盜門(mén)密碼設置：用戶(hù)可以通過(guò)本地或遠程方式修改防盜門(mén)的密碼，在門(mén)外輸入正確密碼后才可打開(kāi)門(mén)。

紅外家電控制：接收用戶(hù)命令，通過(guò)紅外發(fā)射電路控制電視、空調等紅外可控的家電設備。

其它燈具等開(kāi)關(guān)量控制：接收用戶(hù)命令控制燈具等開(kāi)關(guān)量設備。
 

 

智能家居控制器通過(guò)GPRS模塊，實(shí)現家庭系統與外部網(wǎng)絡(luò )的通訊為系統核心部分，解決以前智能家居系統瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現有的GSM系統上新增新GGSN（網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)）和SGSN（服務(wù)支持節點(diǎn)）節點(diǎn)發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數據承載業(yè)務(wù)。GPRS與現有的GSM系統最根本的區別是，GPRS是一種分組交換系統，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸的主要優(yōu)點(diǎn)有：永遠在線(xiàn)、按流量計費、快速登錄、高速傳輸、覆蓋范圍內不受限制（傳輸距離、地形、天氣等）、數據傳輸可靠等。

基于A(yíng)RM及GPRS智能家居控制器的軟硬件實(shí)現

GPRS通信模塊安裝在智能家居控制器中，主要功能為通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )連接到Internet網(wǎng)絡(luò )，并主動(dòng)與監控中心建立通信鏈路，進(jìn)行雙向數據通信。GPRS通信模塊設計采用了Freescale公司生產(chǎn)的內嵌TCP/IP協(xié)議的G24GPRSOEM。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。

GPRS通信終端收發(fā)模塊主要由G24模塊、天線(xiàn)、SIM卡、相關(guān)的電平轉換電路和RS232串口組成。模塊的供電電壓為5V，可采用USB端口供電。GPRS通信模塊通過(guò)RS232串行口與智能家居控制器ARM進(jìn)行通信。

G24收發(fā)模塊采用AT指令操作，通過(guò)RS232串行口進(jìn)行數據通信。GPRS網(wǎng)絡(luò )通信原理為：首先通過(guò)SGSN節點(diǎn)使通信終端模塊附在GPRS網(wǎng)絡(luò )上;然后通過(guò)GGSN節點(diǎn)由PPP（PointtoPointProtocol）協(xié)議獲得一個(gè)隨機分配的IP地址，連接到Internet上;最后通信終端模塊通過(guò)Internet，按照監控中心設定的端口號與監控中心建立通信鏈路。

（1）測試G24通信是否正常。首先選擇串行口并設置波特率，G24波特率的范圍為600到460800bit/s，支持自動(dòng)波特率偵聽(tīng)，能夠自動(dòng)與監控中心通訊模塊的波特率保持一致。發(fā)送“AT”，如果模塊返回“OK”，則通信正常，否則重發(fā)。

（2）接入Internet。首先測試當地是否有GPRS覆蓋，向模塊發(fā)送“AT+CGPRS？”，如果返回“+CGPRS：1”，則有GPRS覆蓋，否則隔5秒鐘后再次檢測。然后發(fā)送“AT+CGATT=1”使模塊附在GPRS網(wǎng)絡(luò )上。最后發(fā)送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通過(guò)PPP協(xié)議建立與GGSN的無(wú)線(xiàn)連接，獲得一個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址，接入Internet。

（3）連接監控中心。向模塊發(fā)送“AT+MIPOPEN=，，

SocketID：G24通信連接的ID號，G24有4個(gè)可用Socket，每個(gè)Socket有1372Byte緩沖區。

SourcePort：G24的數據傳輸端口號，其值為0~65535。建議采用1024以上的端口號。

DestinationAddress：目標端的IP地址，也就是監控中心監控服務(wù)器的IP地址。

DestinationPort：目標端的數據傳輸端口號，即監控中心監控服務(wù)器設定的傳輸端口號。

Protocol：傳輸通信協(xié)議，0表示TCP方式，1表示UDP方式。

（4）數據收發(fā)。與監控中心建立通信連接后，就可以進(jìn)行數據收發(fā)了。發(fā)送數據用“AT+MIPSEND=1，’Data’;+MIPPUSH=1”。“Data”表示要發(fā)送的數據，本設計采用了G24默認的ASCII碼編碼，須用十六進(jìn)制的ASCII碼形式表示。一旦有數據到達，G24模塊就會(huì )通過(guò)RS232串行口返回“+MIPRTCP：，，”。其中Left是一個(gè)十進(jìn)制的數字，表示還有多少個(gè)字符在協(xié)議棧中尚未接收，如果數據全部接收，則Left為0;接收到的數據“Data”是十六進(jìn)制的ASCII碼形式。

（5）斷開(kāi)通信連接。向模塊發(fā)送“AT+MIPCLOSE=SocketID”，模塊返回“OK”，表示斷開(kāi)成功。