基于ARM的智能家居控制通信控制站的设计与实现

摘要：设计一个基于嵌入式Linux的智能家居系统，核心为嵌入式Linux系统，硬件平台为ARM S3C2440，系统主要由GSM模块SIM900A、DS18 B20、QM-2气体传感器、DHT11湿度传感器、光敏传感器、带触摸屏的LCD模块等构成。系统初始化正常工作后，定时采集传感器数据，若采集数据出现异常，则对室内的相应设备进行控制使其达到指定指标，并将所得数据选择性通过GSM发送或者报警达到有效控制室内设备的目的，也可通过短信方式控制室内设备运作。实物实验证明本系统运行稳定，符合设计要求。
关键词：智能家居；ARM9；Linux；GSM模块

0 引言
物体信息化是现代社会信息化建设的“催化剂”和“增倍器”。只有走集成整合信息技术以及信息数据之路，企业的信息化建设才能真正发挥作用，才能进一步推动信息建设上水平。现代物体信息化的发展，直接刺激了新生事物的生长，物联网的出现，让IT业充满了挑战。
智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。设计是基于嵌入式Linux的智能家居系统。系统主要由GSM模块SIM900A、DSl8820、QM-2气体传感器、DHT11湿度传感器、光敏传感器、带触摸屏的LCD模块等构成。系统初始化正常工作后，定时采集传感器数据，若采集数据出现异常，则对室内的相应设备进行控制使其达到指定指标，并将所得数据选择性通过GSM发送或者报警达到有效控制室内设备的目的，也可通过短信方式控制室内设备运作。实物实验证明本系统运行稳定，符合设计要求。

1 系统结构
系统由ARM芯片S3C2440为控制中心，控制硬件和传输信息。硬件包括各式传感器如气体，光照，温度，湿度，防盗传感器，系统内部各层次通信的方式由多种通信方式组成如：GPIO，A／D采样，串口，Spi等；外部通讯方式由GSM通信模块和由ARM为核心的RJ45网口通信；显示器是由LCD加上电阻屏组成的液晶显示器界面终端。其系统框图如图1所示。

系统采用Linux操作系统为任务控制系统。
人机交互界面使用带有触摸屏的LCD液晶显示器，采用ARM内部自带的LCD驱动和电阻屏驱动硬件控制采集数据。
远程通信采用SIM900A模块，使用短信通信的模式，可以将系统的参数和用户的任务以短信作为载体来进行相应的交流。
声音模块采用了外置的芯片UDA1341TS，具有双通道声音输入输出的功能，和ARM通信采用IIS通信协议，快速抗干扰能力强。
传感器网络采用各式传感器，例如：温度、湿度、光照度、气体、防盗等等，通讯协议上由于通讯的方式不同所以为每一个传感器都制作了对应的通信驱动。
调节设备有温度调节设备、干燥设备，增湿设备、光照调节设备、通风设备、加热设备。

2 硬件设计
(1)温度传感器与降温装置
此模块主要通过DS18B20来采集家庭的各点温度所设计，其电路图如图2所示。

降温装置用来对空气温度进行调节，达到控制室温的目的，其电路图如图3所示。

装置使用延时继电器通过控制三极管的信号使继电器得电后导通电阻丝，当需要加热电阻丝时，将DIN引脚拉高，此时三极管导通，继电器线圈得电吸合开关，这时电热丝得电加热，等待DIN变为低电平时，继电器失电断开，此时开关断开，电热丝断电停止加热，为了防止陡然对电热丝加电和停电而使电热丝寿命减少，加上了电容保护。
(2)气体传感器与空气流通装置
气体传感器用来采集室内气体是否为有害气体，若为有害气体就启动排风机换风，气体传感器硬件电路如图4所示。

将模拟信号输出端送入到ARM自带的AD端口检测得到检测到的值即可。当调整好全桥电阻的阻值后，器皿传感器的阻值改变后会引起OUT1和OUT2的电势差改变，将此电势差输入ARM的AD模块进行采集和处理。若空气不符合标准便可以通过排风扇进行空气更新处理。
(3)光照传感器与室内亮度调节装置
光照传感器采用光敏电阻采集室内光照信息，并且通过判断光照度调节对应设备达到调节室内亮度的目的。
(4)湿度传感器与湿度控制调节装置
湿度传感器用来检测当前空气湿度，使用DHT11传感器，将采集的数据进行相应的分析，若超过额定值，便进行干燥处理。DHT11传感器是单总线协议，一根总线只能挂载一个DHT11传感器，读取的是已经转换好的湿度值，使用一个ARM的引脚控制一个DHT11传感器。
(5)人机交互界面
人机交互界面分为信息输入与输出，输入设备为电阻触摸屏，输出设备为采用VGA驱动的LCD显示器。
(6)GSM模块的通信与设计
GSM模块采用的是SIM900A通信模块，并采用增强型AT指令，其电路如图5所示。