基于ARM及GPRS智能家居控制器的硬件实现 - 浅析基于GPRS无线智能家居系统解决方案

　　基于ARM及GPRS智能家居控制器的软硬件实现

　　GPRS通信模块安装在智能家居控制器中，主要功能为通过GPRS网络连接到Internet网络，并主动与监控中心建立通信链路，进行双向数据通信。GPRS通信模块设计采用了Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24GPRSOEM。该模块尺寸小，功耗低，便于集成。

　　GPRS通信终端收发模块主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS232串口组成。模块的供电电压为5V，可采用USB端口供电。GPRS通信模块通过RS232串行口与智能家居控制器ARM进行通信。

　　G24收发模块采用AT指令操作，通过RS232串行口进行数据通信。GPRS网络通信原理为：首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上；然后通过GGSN节点由PPP（PointtoPointProtocol）协议获得一个随机分配的IP地址，连接到Internet上；最后通信终端模块通过Internet，按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。

　　（1）测试G24通信是否正常。首先选择串行口并设置波特率，G24波特率的范围为600到460800bit/s，支持自动波特率侦听，能够自动与监控中心通讯模块的波特率保持一致。发送“AT”，如果模块返回“OK”，则通信正常，否则重发。

　　（2）接入Internet。首先测试当地是否有GPRS覆盖，向模块发送“AT+CGPRS？”，如果返回“+CGPRS：1”，则有GPRS覆盖，否则隔5秒钟后再次检测。然后发送“AT+CGATT=1”使模块附在GPRS网络上。最后发送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通过PPP协议建立与GGSN的无线连接，获得一个动态的IP地址，接入Internet。

　　（3）连接监控中心。向模块发送“AT+MIPOPEN=，《“DestinationAddress”》，”建立与监控中心通信连接。如果返回“+MIPOPEN：SocketID，1”，则说明与监控中心建立了通信连接，如果返回“+MIPSTAT：1，1”，则说明有物理链接中断，须重新进行连接。其中对AT+MIPOPEN指令的参数作以下说明：

　　SocketID：G24通信连接的ID号，G24有4个可用Socket，每个Socket有1372Byte缓冲区。

　　SourcePort：G24的数据传输端口号，其值为0~65535。建议采用1024以上的端口号。

　　DestinationAddress：目标端的IP地址，也就是监控中心监控服务器的IP地址。

　　DestinationPort：目标端的数据传输端口号，即监控中心监控服务器设定的传输端口号。

　　Protocol：传输通信协议，0表示TCP方式，1表示UDP方式。

　　（4）数据收发。与监控中心建立通信连接后，就可以进行数据收发了。发送数据用“AT+MIPSEND=1，’Data’；+MIPPUSH=1”。“Data”表示要发送的数据，本设计采用了G24默认的ASCII码编码，须用十六进制的ASCII码形式表示。一旦有数据到达，G24模块就会通过RS232串行口返回“+MIPRTCP：，”。其中Left是一个十进制的数字，表示还有多少个字符在协议栈中尚未接收，如果数据全部接收，则Left为0；接收到的数据“Data”是十六进制的ASCII码形式。

　　（5）断开通信连接。向模块发送“AT+MIPCLOSE=SocketID”，模块返回“OK”，表示断开成功。

　　主要功能

　　液晶显示：全中文菜单操作，声音提示，软键盘；

　　工作频率范围：260~434MHz，发射功率极低，无须批准；

　　信息功能：显示和接受来自社区管理平台和互连网络的数据广播和短消息；

　　查询状态：·可查询系统安防系统报警与布撤防状态； 　·可查询系统电器控制状态；

　　设置布撤防：·设置系统布撤防；

　　设置参数：·设置系统参数，包括网络参数和模式控制参数；

　　发送指令：·直接控制指令发送：实现对照明电器的开关控制和调光控制，对家电设备的开关控制； 　　·时间控制和逻辑控制程序启动：可以定时开启一些控制模式或按照一定的逻辑关系启动系统控制指令； 　　·照明场景控制：可以通过场景控制命令实现照明设备的群控，如开启一定数量的灯光创造一种特定的灯光氛围。

　　该系统的液晶控制面板是另一个主要的人机界面，它采用有线的方式接入485总线， 起到系统设置和功能控制的功能。

　　另外，安装在家庭电脑中的智能家居控制软件也是一个主要的人机界面，通过该软件就可以方便地通过电脑实现对家庭各种设备的控制和查询，还可以对系统进行设置，例如信息开关的模式和场景的设置。由于电脑软件可以通过各种电子地图，甚至类似游戏一样的三维界面来制作，所以使用起来会更加有趣和方便。

　　监控节点模块

　　所有智能家居系统的节点控制模块通过RS485家庭控制总线， 并遵循统一的家庭控制网络通讯协议，与系统信息控制中心相连，实现系统数据通讯。 在一条总线上可以挂接256个模块，从而实现家庭自动化控制的各种功能，模块类型包括：

　　无线收发基站模块

　　主要为了配合无线遥控器模块使用，是系统的必配件，作为无线收发基站，它将遥控器传送来信息通过家庭控制网络传给系统信息控制中心，再将系统信息控制中心的指令和短消息信息通过无线射频信号传给无线遥控器，是无线信息转化成有线家庭控制网络信息的地方；

　　继电器开关控制模块

　　低功率回路控制，采用高性能固态继电器进行控制。在接到智能家居控制器的指令后，对家庭中的低功率电器，主要是灯光（还包括各种音响系统、电视机、电动窗帘）进行开关控制，控制功率为每回路100瓦； 　　大功率电器控制模块：也是采用固态继电器进行控制，但是其功率较大，且只有单路，在接到智能家居控制器的指令后，可对家中的大功率电器（如空调、热水器）进行开关控制，控制功率为单回路最大2，500瓦；

　　可控硅调光控制模块

　　采用可控硅进行低功率回路控制。在接到智能家居控制器的指令后，其功能主要是对家庭中的灯光进行调光控制，控制功率为每回路100瓦，调光范围分为5档枣0、25%、50%、75%、100%；

　　信息开关模块

　　信息开关彻底改变了原有的开关概念，用开关信息点来完成原有开关的功能，使得原有开关功能固定单一的不足，可通过设置相关控制参数，对任一控制点进行控制，从而实现群控功能。 　　除此之外，未来的监控节点模块还可以包括家庭环境检测模块、住户健康检测模块等

　　结语

　　本文提出了基于GPRS无线智能家居系统的总体解决方案。该方案主要是采用GPRS无线通信技术实现远程终端对家庭系统的远程控制；采用RS485总线技术实现家庭系统的组网；采用嵌入式系统方案搭建智能家居控制器的开发平台，并通过该平台实现对家用设备的智能管理和控制。最后本文提供系统核心GPRS芯片软硬件实现方法，为后续及相关工作提供技术基础。