基于GSM及ZigBee的智能家居控制系统的设计

1 引言

　　目前人们的家居生活中应用了大量的日用电器，但是这些日用电器都要人们去直接操控，虽然可以用一些定时操控，但是功能有限，灵活性很差。而作为移动终端的手机在不断的普及，开发它的扩展应用将是有广大的配备基础和广阔的市场前景的，可以利用手机终端依托公众信息网，控制家电，并查询家中状况。本文讨论的是将信息处理的技术与对设备的操控结合来实现数字家居的一种尝试，使人们能享受到信息革命给生活带来的便利。本文创新点在于用ZigBee技术进行家庭组网结合DSP技术与短信方式来完成远程设备与用户之间的通信。这样网络覆盖范围广，实现控制与监测时具有不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势，而且不必重新布电网，可以节约财力、物力和人力稳定可靠，易于实现。

　　2 系统硬件设计

　　智能家居系统具有对家庭中的各种设备远程控制、远程查询、集中管理功能，为用户提供更为舒适，方便的生活方式。本设计主要针对的是家电控制。ZigBee通信子节点需具备脉冲量数据采集、开关量数据采集、模拟量数据采集、继电器触点输出等功能，而主节点实际上是一个功能齐全的FFD设备，对家庭子网节点的管理，并与家居服务器通信，实现服务器和子节点的信息交互本设计中家庭内部节点主要由射频芯片CC2430和TMS320VC5402芯片组成，CC2430是符合IEEE802.15.4标准（MAC、和PHY层）的ZigBee无线网络模块。TMS320VC5402芯片用来控制CC2430ZigBee模块的运行，并且与GSM模块通过MAX3111进行连接，用来进行数据的通讯。我们将ZigBee的协调器节点和GSM模块集成在一块板子。节点在空闲时间处于睡眠状态，当用户有控制信号或者数据采集要求时采用中断将节点唤醒，完成数据采集或控制任务，并上报相关信息。

　　系统构成图如下所示：

　　主控中心模块它承担着短信的接收，命令的判断，执行命令的发出或直接驱动，并将机器的工作状态用短信发给移动终端。

　　这种工作可以选用低价普通的C51单片机。但考虑要在以后扩展基于图像的彩信反馈的应用，所以在本设计中控制器的处理机选用了TMS320VC5402芯片。DSP主控模块采用了TMS320VC5402EVM评估板及仿真器。TMS320VC5402EVM提供了2个BCMSP的直联接线口J6,J7和PHI的驱动口J2及J5与仿真器的接口连接。该板有512KRAM数据存储，64KRAM作为程序储存。4KFLASH存储器，可用于存储需保留的数据。

　　TMS320VC5402要与GSM模块相连就要扩展RS232接口，TMS320VC5402只提供了2个多通道带缓冲同步串行口MCBSP0,MCBSP1。如果实现对接，就要对MCBSP串口进行转换。我们这里使用的是MAX3111芯片。MAX3111芯片具有尺寸小，价格低，功耗少，通信速率高等特点。用MAX3111芯片实现同步串行数据接口到异步串行口（RS-232）的转换。可与H6221的RS232口相连。MAX3111包括UART和RS-232两个部分，其中UART部分包括兼容SPI的串行口，可编程波特率发生器，发送缓冲器及发送移位寄存器，接收缓冲器，接收移位寄存器，8字节接收FIFO,以及有四种可屏蔽中断源的中断产生器。而RS232部分包括自带电容的电泵。

　　由于MAX3111是3.3V器件，TMS320VC5402的MCBSP串行接口工作SPI模式时可直接与MAX3111连接实现与RS232设备异步数据传输。此时TMS320VC5402作为SQI协议中的主设备，发送时解信号（BCLKX）作为MAX3111的串行时解输入，发送帧同步信号（BFSX）作为MAX3111的原选信号（TCS）。BDX与DIN连接作为发送数据线。BDR与DOUT作为接收数据线。

　　MAX3111的功能可通过BDX线向其发送16位的控制字配置命令来定制。MAX3111的TX与T1IN连接，RX与R1OUT连接以便利用其片内的转换器实现UART到RS232电平转换。

　　MAX3111串断信号（IRQ）与DSP的外部中断LNTO相连。这样无需任何其它外围器件。由于异步收发由MAX3111硬件实现，所以TMS320VC5402的软件编程只需考虑与MAX3111之间的同步数据通信。

　　TMS320VC5402与CC2430的联接是系统的执行环节。由于CC2430是C51为核心的，所以TMS320VC5402与CC2403连接类似与C51单片机的连接，只是CC2430的电平为2—3.9伏。

　　而TMS320VC5402接口电平为3.3伏，正好能直接匹配，减少了电平转换的麻烦。

　　执行终端在接收到对本机的呼叫并确认中心所下达的执行命令时就驱动相应端口的输出脚，如上图中的P0.0驱动三极管Q,带动继电器J0,三个常开接点闭合，J0.1课带动负载，而J0.2由P1.0检测，J0的状态，可供查询。

用CC2430芯片组成ZigBee的无线网络可以在节点间进行，接力传输每个节点间距离可达70米，在节点间距离较密时网络节点有自愈功能。这种网络可支持较大规模网络，节点可达6万多。在实现Zi