基于zigbee与linux 的智能家居系统设计方案

存储器扩展

　　3.3.1 SDRAM 扩展

　　本系统使用的嵌入式操作系统为Linux 操作系统，在编译、定制内核时，内核文件zImage.bin 文件大小为2.1MB，操作系统完全加载时文件系统root.bin 文件大小为34MB，加上上层应用程序运行时会消耗一部分内存，使用两片32MB 的内存为最佳选择。

　　3.3.2 Flash 扩展

　　本系统扩展的Flash 有两种，Nor Flash 为2M*16Bit，Nand Flash 为64*8Bit［4］，Nor Flash写入、擦除速度较慢，读取速度较快，成本较高小容量存储，用于存储系统启动Bootloader代码，Nand Flash 特点正好与Nor Flash 相反，大容量存储。用于存储操作系统文件和应用程序。

　　3.3.3 射频单元

　　本设计射频芯片选用挪威Chipco 公司的cc2420 芯片。该芯片基于Chipco 公司Smart RF03 技术。以0.18um CMOS 工艺制成。只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。cc2420的选择性和敏感性指数超过了 IEEE 802.15.4 标准的需求，可确保短距离通信的有效性和可靠性，利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps，可以实现多点对多点快速组网。硬件应用电路如下图5 所示：

　　图5 CC2420 硬件电路

　　4 软件设计

　　通过天线接收设备无线节点传输过来的数据帧，经过CC2420 自动校验。若无误则经过解码、译码，然后经过SPI 接口送往ATmega128L，再经过串口UART1 送往S3C2440，经数据处理后显示于相应的LCD 触摸屏上。

　　4.1 系统主程序设计

　　CMU以及节点的程序流程图，分别见图6 和7。在CMU中先初始化LCD 及射频芯片，然后程序开始初始化协议栈并打开中断。之后程序开始格式化一个网络。最后处理函数apsFSM（）（在APS 层上实现的FSM（有限状态机））监控中的zigbee 信号。如果现在有节点加入网络，则LCD 和串口输出都会给节点分配网络地址。同样函数apsFSM（）里接收节点发送过来的温度传感器采集到的数值及一些按键操作，并在LCD 上显示处理，也同时从串口发送出来。

　　4.2 处理器软件结构

　　处理器采用嵌入式Linux 操作系统，在原Bootloader、Kernel 上修改文件系统，添加GUI应用程序，并修改系统启动脚本使应用程序在系统启动时自运行。软件结构如图8 所示。

　　5 测试与分析

　　为了保证智能家居系统运行的稳定性，我们将主控设备装入模具中进行了一周高温测试，系统一直保持了稳定的工作状态，同时对CMU温度进行了测量，环境温度与CMU温度的比较如下图所示，理论情况下，CMU 工作的最大温度为45°C，由下图6.9 看出，CMU工作的温度属于正常范围。

　　同时对智能家居系统的家居设备无线节点进行了性能测试。测试条件为：1、用障碍物将CMU 模块与家居设备无线节点隔开；2、CMU 模块的波特率为250kbps；3、每一帧数据为64 字节；5、每次测试数据发送1000 帧，发送间隔为200ms 。实验结果如表1 所示，由表可以看出，系统如果要正常工作，需保持在200m距离范围内。

　　6 结论

　　本文从智能家居系统设计的成本、功耗、性能等方面出发，设计出一种可行的智能家居系统的构建方案。以高性能、低功耗的S3C2440 芯片装载linux 嵌入式系统作为中央管理单元的处理器，用zigbee 无线通信协议实现CMU、无线家居设备节点、无线传感器节点的互联和互动，使之成为一个小型的家居"物联网"并且利用成熟的Internet网络实现了远程控制。并在硬件芯片选择和电路设计方面优化了系统的结构，使得系统性能得到了很大的改善，成本也降低了许多。