基于ARM11的智能家居系统设计

王增卫　李功凌 姚元元 涂文侠 罗平娅 张玉茹

摘　要：本文设计了一种基于ARM11 的智能家居系统。该系统硬件以ARM11-S3C6410为主控芯片，以STC89C51为终端处理芯片，采用无线射频收发CC2430芯片和相关的外围模块实现无线网络通信，用户可以通过图形化界面可以实现人机交互等功能。

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关键词 ：智能家居 ARM11 Zigbee

项目来源：大学生创新创业训练计划项目：201310240035。

1、概述

本文以住房智能化改造为背景设计了一款低成本、模块化、易操作的智能家居系统。系统主要实现三大功能——灯光控制、安全防范、环境监测。首先终端处理模块通过传感器采集室内相关信息，并通过Zigbee终端模块将相关信息传送到主控模块。中控模块在接收到信息，对其进行处理，将处理后的信息通过zigbee主控模块发送到终端进行相应控制，同时通过图形化界面进行相关信息的显示，并实现人机交互功能。

2、智能家居系统组成

该系统主要由主控部分与终端部分构成。

主控部分以S3C6410主控模块为核心，其外围模块包括液晶显示模块，zigbee主控模块。终端部分以AT89C51模块为核心，其他外围主要模块包括传感器模块，电器控制及报警模块，zigbee终端模块。其系统结构框图如图1所示。

3.1 主控部分

主控部分主要由主控制模块、液晶显示模块、zigbee主控模块组成。主控制模块主要是S3C6410及其外围接口接口电路组成，并通过串口与zigbee主控模块进行信息传输。液晶显示部分采用S70液晶屏，具有一线触屏功能，具有良好的人机交互功能 [1]。

3、智能家居系统硬件设计

3.2 终端处理部分

主要由STC89C51终端控制模块，传感器模块，电器控制报警模块，Zigbee终端模块组成。硬件设计图如图2所示。

STC89C51终端控制模块是以STC89C51为核心的最小系统，内含晶振、复位以及串口模块[2]。传感器模块主要分为照明信息采集（红外热释电传感器、光敏电阻传感器）、环境信息采集（DHT11温湿度传感器）和安防信息采集（MQ-2烟雾浓度传感器、红外光电对管、霍尔门磁传感器）三个部分组成。电器控制模块采用弱电控制强电的技术实现对电器的开关控制，主要使用的器件为继电器。报警模块采用的报警方式为声光报警。在系统响应入侵信号和越限信号时，报警模块开始工作。

3.3 无线通信部分

无线通信部分主要是采用无线射频收发CC2430芯片和相关的外围模块实现无线网络通信。其信息传输框图如图3所示。

4、智能家居系统软件设计

根据系统所实现的功能与硬件电路的具体设计。系统启动后，首先进行初始化，然后主控模块进入监听状态。终端模块采集状态量，并发送相关信息量，主控模块接收信息后解析状态信息，然后与设定值比较，超过设定值就发出报警信息，并通过液晶显示报警信息。终端模块接收到报警命令后，相应模块开始工作。其系统流程框图如图3所示。

智能家居一方面负责统筹家庭内部各个控制模块，另一方面还应相应用户的需求，根据用户需求定制家居自管理方案。本文利用C++设计了一个良好的人机界面。其界面如图5所示。

本设计的软件控制体系主要采用C语言进行编程设计，相对于汇编语言，C语言的使用范围广，可移植性强。C语言具有与生俱来的模块化特性，可最大程度地实现资源共享，同时其生成代码的效率高，并且便于后期维护。[3]

5、结论

基于ARM11的智能家居系统采用S3C6410作为主控芯片，利用Zigbee作为无线通信节点，并具有人机交互功能。该系统的主要优点在于：基于ARM11平台开发，系统可移植性好，用无线传感网络技术，通信简洁快速[4]，模块化的设计，系统易于裁剪，规模可控。

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参考文献：

[1]李明亮. 基于ARM11的智能家居系统的设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[2]徐爱钧 徐阳. 单片机原理与应用：基于Proteus虚拟仿真技术[M]. 北京：机械工业出版社，2013.

[3]孟庆红 侯宝稳.ARM嵌入式系统开发与编程[M] .北京：清华大学出版社，2011.

[4] 高守玮 吴灿阳. Zigbee技术实践教程——基于CC2430/31的无线传感器解决方案[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009.

作者简介：

王增卫 李功凌 姚元元 涂文侠 罗平娅均为哈尔滨商业大学电子信息工程专业本科生。

张玉茹 女，教授，哈尔滨商业大学，从事信号与信息处理研究。

（作者单位：哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院 黑龙江哈尔滨市 150028）