系統(tǒng)總體架構(gòu)
網(wǎng)絡應用的普及以及各種信息家電的產(chǎn)生都使得在家庭內(nèi)部對Internet的訪問不再局限于單個PC,，每個家庭都將面臨如何在家庭內(nèi)部傳送Internet數(shù)據(jù)以及如何將各種家電設備連接起來的問題，基于此,，智能家居網(wǎng)絡應運而生,。智能家居網(wǎng)絡是信息社會的基本單元。未來的家庭中,，各種家電設備將組成一個家庭局域網(wǎng),，并通過智能家居控制器接入互聯(lián)網(wǎng)。智能家居網(wǎng)絡的市場發(fā)展?jié)摿O其可觀,，幾家大的廠商Intel,、IBM、Microsoft及Sony都早已涉及其中,。
智能家居網(wǎng)絡指的是在一個家居中建立一個通信網(wǎng)絡,，將各種家電設備互相連接起來，實現(xiàn)對所有智能家居網(wǎng)絡上的家電設備的遠程使用和控制及任何要求的信息交換,，如音樂,、電視或數(shù)據(jù)等。智能家居網(wǎng)絡的構(gòu)架包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡系統(tǒng),、智能家居控制器以及智能家居網(wǎng)絡與外部Internet網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信,。其中，智能家居控制器是智能家庭網(wǎng)絡的一個重要組成部分,，起到核心的管理,、控制和與外部網(wǎng)絡通訊作用。它是通過家庭管理平臺與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機結(jié)合的一個系統(tǒng),，也是連接家庭智能內(nèi)部和外部網(wǎng)絡的物理接口,，完成家庭內(nèi)部同外部通信網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時還負責家庭設備的管理和控制,。
智能家居控制器一方面需要為家庭內(nèi)部布線提供通訊接口,，能夠采集家庭設備的信息,，并進行處理，自動控制和調(diào)節(jié),；另一方面智能家居控制器作為家庭網(wǎng)關(guān),，也為外部提供網(wǎng)絡接口，連通家庭內(nèi)部網(wǎng)絡和外部Internet網(wǎng)絡,，使得用戶可以通過網(wǎng)絡等方式訪問家庭內(nèi)部網(wǎng)絡,，實現(xiàn)監(jiān)視和控制。此外智能家居控制器還應當具備自動報警等功能,，即當發(fā)現(xiàn)報警信號如：有人惡意闖入，溫度超高等,，控制器能立即處理并向用戶發(fā)出報警信號,。
智能家居控制器為系統(tǒng)的核心，可采用ARM嵌入式系統(tǒng)設計,，能夠自動運行,、處理數(shù)據(jù)，通過RS485總線管理和控制各控制終端,。并且控制器通過GPRS模塊,，實現(xiàn)家庭系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡的通訊，使用戶可以通過短信和互聯(lián)網(wǎng)等方式實現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠程控制,，同時,，控制器還通過鍵盤和顯示屏為用戶提供人機界面，方便用戶實現(xiàn)本地控制,?？刂平K端為單片機組成若干小的控制系統(tǒng)控制各家用設備，并通過控制總線將這些小的控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡,，連接到智能家居控制器,，受智能家居控制器控制。
智能家居控制器的具體功能包括：
家用設備的數(shù)據(jù)采集：采集家用設備包括室內(nèi)溫度,，燈具家電,，防盜門等設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)控制器處理后反饋給用戶,。
本地控制：用戶通過控制器上的鍵盤和顯示屏,，對家用設備進行監(jiān)控。
遠程控制：遠程用戶可以通過發(fā)送手機短信或通過互聯(lián)網(wǎng)對家庭系統(tǒng)進行控制和查詢,。
自動報警：當控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時,，及時觸發(fā)室內(nèi)報警裝置，并通過發(fā)送報警短信等方式及時通知用戶,。
溫度查詢：用戶可以通過控制器查詢室內(nèi)溫度,。
防盜門密碼設置：用戶可以通過本地或遠程方式修改防盜門的密碼,，在門外輸入正確密碼后才可打開門。
紅外家電控制：接收用戶命令,，通過紅外發(fā)射電路控制電視,、空調(diào)等紅外可控的家電設備。
其它燈具等開關(guān)量控制：接收用戶命令控制燈具等開關(guān)量設備,。
智能家居控制器通過GPRS模塊,，實現(xiàn)家庭系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡的通訊為系統(tǒng)核心部分，解決以前智能家居系統(tǒng)瓶頸的關(guān)鍵技術(shù),。GPRS(通用分組無線業(yè)務)的簡稱,，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上新增新GGSN(網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)和SGSN(服務支持節(jié)點)節(jié)點發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務。GPRS與現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)最根本的區(qū)別是,，GPRS是一種分組交換系統(tǒng),，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的,、少量的數(shù)據(jù)傳輸,，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點有：永遠在線,、按流量計費,、快速登錄、高速傳輸,、覆蓋范圍內(nèi)不受限制(傳輸距離,、地形、天氣等),、數(shù)據(jù)傳輸可靠等,。
基于ARM及GPRS智能家居控制器的軟硬件實現(xiàn)
GPRS通信模塊安裝在智能家居控制器中，主要功能為通過GPRS網(wǎng)絡連接到Internet網(wǎng)絡,，并主動與監(jiān)控中心建立通信鏈路,，進行雙向數(shù)據(jù)通信。GPRS通信模塊設計采用了Freescale公司生產(chǎn)的內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的G24GPRSOEM,。該模塊尺寸小,，功耗低，便于集成,。
GPRS通信終端收發(fā)模塊主要由G24模塊,、天線、SIM卡,、相關(guān)的電平轉(zhuǎn)換電路和RS232串口組成,。模塊的供電電壓為5V，可采用USB端口供電,。GPRS通信模塊通過RS232串行口與智能家居控制器ARM進行通信,。
G24收發(fā)模塊采用AT指令操作,，通過RS232串行口進行數(shù)據(jù)通信。GPRS網(wǎng)絡通信原理為：首先通過SGSN節(jié)點使通信終端模塊附在GPRS網(wǎng)絡上,；然后通過GGSN節(jié)點由PPP(PointtoPointProtocol)協(xié)議獲得一個隨機分配的IP地址,，連接到Internet上；最后通信終端模塊通過Internet,，按照監(jiān)控中心設定的端口號與監(jiān)控中心建立通信鏈路,。
(1)測試G24通信是否正常。首先選擇串行口并設置波特率,，G24波特率的范圍為600到460800bit/s,，支持自動波特率偵聽，能夠自動與監(jiān)控中心通訊模塊的波特率保持一致,。發(fā)送“AT”,，如果模塊返回“OK”，則通信正常,，否則重發(fā)。
(2)接入Internet,。首先測試當?shù)厥欠裼蠫PRS覆蓋,，向模塊發(fā)送“AT+CGPRS？”,，如果返回“+CGPRS：1”,，則有GPRS覆蓋，否則隔5秒鐘后再次檢測,。然后發(fā)送“AT+CGATT=1”使模塊附在GPRS網(wǎng)絡上,。最后發(fā)送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通過PPP協(xié)議建立與GGSN的無線連接,，獲得一個動態(tài)的IP地址,，接入Internet。
(3)連接監(jiān)控中心,。向模塊發(fā)送“AT+MIPOPEN=,，，<"DestinationAddress">,，,，”建立與監(jiān)控中心通信連接。如果返回“+MIPOPEN：SocketID,，1”,，則說明與監(jiān)控中心建立了通信連接，如果返回“+MIPSTAT：1,，1”,，則說明有物理鏈接中斷,，須重新進行連接。其中對AT+MIPOPEN指令的參數(shù)作以下說明：
SocketID：G24通信連接的ID號,，G24有4個可用Socket,，每個Socket有1372Byte緩沖區(qū)。
SourcePort：G24的數(shù)據(jù)傳輸端口號,，其值為0~65535,。建議采用1024以上的端口號。
DestinationAddress：目標端的IP地址,，也就是監(jiān)控中心監(jiān)控服務器的IP地址,。
DestinationPort：目標端的數(shù)據(jù)傳輸端口號，即監(jiān)控中心監(jiān)控服務器設定的傳輸端口號,。
Protocol：傳輸通信協(xié)議,，0表示TCP方式，1表示UDP方式,。
(4)數(shù)據(jù)收發(fā),。與監(jiān)控中心建立通信連接后，就可以進行數(shù)據(jù)收發(fā)了,。發(fā)送數(shù)據(jù)用“AT+MIPSEND=1,，’Data’；+MIPPUSH=1”,。“Data”表示要發(fā)送的數(shù)據(jù),，本設計采用了G24默認的ASCII碼編碼，須用十六進制的ASCII碼形式表示,。一旦有數(shù)據(jù)到達,，G24模塊就會通過RS232串行口返回“+MIPRTCP：，,，”,。其中Left是一個十進制的數(shù)字，表示還有多少個字符在協(xié)議棧中尚未接收,，如果數(shù)據(jù)全部接收,，則Left為0；接收到的數(shù)據(jù)“Data”是十六進制的ASCII碼形式,。
(5)斷開通信連接,。向模塊發(fā)送“AT+MIPCLOSE=SocketID”，模塊返回“OK”,，表示斷開成功,。
結(jié)語
本文提出了基于GPRS無線智能家居系統(tǒng)的總體解決方案。該方案主要是采用GPRS無線通信技術(shù)實現(xiàn)遠程終端對家庭系統(tǒng)的遠程控制,；采用RS485總線技術(shù)實現(xiàn)家庭系統(tǒng)的組網(wǎng),；采用嵌入式系統(tǒng)方案搭建智能家居控制器的開發(fā)平臺,，并通過該平臺實現(xiàn)對家用設備的智能管理和控制。最后本文提供系統(tǒng)核心GPRS芯片軟硬件實現(xiàn)方法,，為后續(xù)及相關(guān)工作提供技術(shù)基礎(chǔ),。