基于ARM-Linux和GPRS的家庭智能控制终端设计与实现

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                    　　1?引言
　　随着科技的不断进步，智能家居逐渐成为可能，而智能家居网络终端则是智能家居的关键。本文介绍采用RS485工业总线，设计实现了一种基于嵌入式系统的家庭智能控制器。用户可以通过短信及互联网等方式现远程无线监控，在手机和互联网相当普及的今天，为用户提供了更简单、方便的选择。同时由于该控制器RS485接口的特殊设计，外挂节点可以由原来的32个扩展到64个，解决了家用设备的布线组网以及控制等问题。
　　2?系统设计
　　从结构上看主要分为用户，控制器，和RS485总线的家用设备控制三个部分。用户通过手机短信或网络方式向控制器的GPRS模块发送命令，而控制器也通过GPRS模块向用户反馈信息或发出报警通知。从而实现了用户和控制器无线互联，实现远程控制。
　　3?硬件设计
　　硬件部分的结构框图如图1所示，控制器是整个系统的核心部分，经过串口扩展与GPRS模块相连；通过电平转换芯片提供RS485总线接口与家用设备相连接；同时还提供LCD,键盘等交互接口。控制器的主控芯片采用三星S3C44B0,使用ARM7TDMI核，工作频率在66MHz.处理器外接 4MFlash（用于存储控制器的启动代码和系统代码以及当天事件的文本日志）分配到存储器Bank0空间和4M×16的SDRAM,分配到存储器的 Bank6空间。



　　主机发查询请求 主机发读请求 从机准备好接收 从机处于忙碌 主/从机发送数据
　　本系统采用LRC帧校验的方法。LRC值由传输设备来计算并放到消息帧中，接收设备在接收消息的过程中计算LRC,并将它和接收到消息中LRC域中的值比较，如果两值不等，说明有传输错误。除了帧结构的定义以外，整个系统的通信还需要遵守下面的规则：（a）主机查询方式：由主机轮询各从机，并要求从机提交状态信息，从机不能主动发出请求。（b）当主机发出"ASK"命令后，若从机反馈"BUSY"帧，则主机启动计时和计数，超时3次，则任务执行失败。（c）主机接收到从机发回的"READY"信号后，向从机发送"GETDATA"指令，进入接收状态，同时开启超时控制。若在规定时间未接收到从机发回的数据，则计数器加1,并继续发出"GETDATA"信号。如果超时3次，则取消这次查询。（d）从机等待主机发送指令，并根据具体指令作相应操作。如果接受到的指令帧错误，则会直接丢弃该帧。
　　5 软件设计
　　5.1? RS485总线控制
　　基于上一部分RS485的总线协议，主从控制主要分为：轮询、查询、控制三部分。（1）轮询：主机定时对各从机进行查询，如果发现报警信息，保存后及时触发报警并反馈给用户。如果出现超时或帧错误等状态时主机放弃此次查询，并将该事件存储在主机中。（2）查询：查询的工作流程和轮询大致相同，但是只对指定的从机和指定状态进行查询。（3）控制：把控制指令发到指定从机，并要求从机反馈执行结果。
　　5.2? GPRS的无线数据传输
　　5.2.1接收和发送SMS短信
　　（1）编码转换：要发送中文短信就需要使用PDU模式的16-bit编码。在Linux系统中默认用GB2312保存中文字符。发送短信前，要先进行编码转换，要将GB2312转换为Unicode编码，再将Unicode编码转换为 PDU 的16-bit 编码。这里使用Linux中的iconv （） 函数，该函数可以实现Linux支持的任意的两种编码之间的转换。实现的方法：首先用iconv_open（），打开一个转换句柄，指定两种转换前的编码和转换后的编码。然后用 icnov（） 作转换。最后用 iconv_close（）关闭句柄，释放资源。完成转换后，即可以正确的发送。
??? （2）发送：向MC35模块发送一条AT指令，得到OK响应，则表示控制器与GPRS模块通讯正常，通过"AT+CSCA="***"及AT+CSCA=0命令设置设置短信中心号码及短信格式（PDU）。然后发送 AT+CMGS = "电话号码",得到提示符号">",此时可以向MC35模块发送编辑好的PDU编码并以"CTRL+Z"结束。得到响应OK,则发送成功；如果收到 ERROR则表示发送失败，重新初始化MC35模块，发送信息。
??? （3）接收：当收到短信时，发送""AT+CMGR=X"从SIM卡读取短消息并调用短信处理程序作相应转换。
　　5.2.2 GPRS联网在Linux下的实现
　　GPRS联网是Linux的PPP协议实现的。因此在编译内核时需要增加Linux内核的PPP支持。然后根据程序中提供的配置信息，包括移动的APN*/为"CMNET",通讯协议IP,拨号号码 "*99***1#",串口设备号/dev/ttyS2,波特率9600,用户名，密码等信息配置PPP协议需要的5个脚本和配置文件：ppp-on、 ppp-off、options.gprs、dialer.gprs、pap-secrets.完成设置后，运行ppp-on,就可以进行GPRS拨号；运行ppp-off断开连接。
　　GPRS联网流程（控制器作为客户端）：（a）当用户希望通过网络访问GPRS模块时可以通过短信方式向主机 GPRS模块发送联网命令，包括用户的IP地址和相关配置信息。（b）主机根据用户短信获得GPRS上网连接的配置信息，并生成对应的拨号脚本文和配置文件。调用ppp-on脚本进行PPP拨号。（c）判断PPPD是否拨号成功，标志是能否生成ppp0网络设备。（d）在数据传输过程中通过看门狗实时观测网络连接状态，网络掉线时，主机保存当前数据状态，重新启动GPRS模块并恢复连接。（e）结束本次任务时，用户在网上发送命令，让控制器调用ppp- off,断开连接。
　　5.3系统软件流程
　　软件流程如图2所示，系统上电启动后，首先对包括串口，LCD,键盘， GPRS模块以及网络配置文件等做相应的初始化。并检测GPRS模块和主机是否通讯正常。然后开始对从机进行轮询，发现警情时，读取并存储报警信息，启动报警器并将相应的报警信息通过拨号和短信的方式通知用户。当收到用户命令时，先判断用户的控制方式，再做出做出回应。



　　6? 结语
　　本文介绍了一种基于ARM-Linux和GPRS技术的家庭智能控制终端，文中从软、硬件两方面给出了详细的设计思路和实现方法。对家庭智能控制器系统实现中存在的主要问题提出详细的解决方案，并且在实践中证明了其可实施性。