圖5 CC2420 硬件電路

4 軟件設計

通過天線接收設備無線節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過CC2420 自動校驗。若無誤則經(jīng)過解碼、譯碼，然后經(jīng)過SPI 接口送往ATmega128L，再經(jīng)過串口UART1 送往S3C2440，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后顯示于相應的LCD 觸摸屏上。

4.1 系統(tǒng)主程序設計

CMU以及節(jié)點的程序流程圖，分別見圖6 和7。在CMU中先初始化LCD 及射頻芯片，然后程序開始初始化協(xié)議棧并打開中斷。之后程序開始格式化一個網(wǎng)絡。最后處理函數(shù)apsFSM()(在APS 層上實現(xiàn)的FSM(有限狀態(tài)機))監(jiān)控中的zigbee 信號。如果現(xiàn)在有節(jié)點加入網(wǎng)絡，則LCD 和串口輸出都會給節(jié)點分配網(wǎng)絡地址。同樣函數(shù)apsFSM()里接收節(jié)點發(fā)送過來的溫度傳感器采集到的數(shù)值及一些按鍵操作，并在LCD 上顯示處理，也同時從串口發(fā)送出來。

4.2 處理器軟件結構

處理器采用嵌入式Linux 操作系統(tǒng)，在原Bootloader、Kernel 上修改文件系統(tǒng)，添加GUI應用程序，并修改系統(tǒng)啟動腳本使應用程序在系統(tǒng)啟動時自運行。軟件結構如圖8 所示。

5 測試與分析

為了保證智能家居系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，我們將主控設備裝入模具中進行了一周高溫測試，系統(tǒng)一直保持了穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時對CMU溫度進行了測量，環(huán)境溫度與CMU溫度的比較如下圖所示，理論情況下，CMU 工作的最大溫度為45°C，由下圖6.9 看出，CMU工作的溫度屬于正常范圍。

同時對智能家居系統(tǒng)的家居設備無線節(jié)點進行了性能測試。測試條件為：1、用障礙物將CMU 模塊與家居設備無線節(jié)點隔開;2、CMU 模塊的波特率為250kbps;3、每一幀數(shù)據(jù)為64 字節(jié);5、每次測試數(shù)據(jù)發(fā)送1000 幀，發(fā)送間隔為200ms 。實驗結果如表1 所示，由表可以看出，系統(tǒng)如果要正常工作，需保持在200m距離范圍內(nèi)。

6 結論

本文從智能家居系統(tǒng)設計的成本、功耗、性能等方面出發(fā)，設計出一種可行的智能家居系統(tǒng)的構建方案。以高性能、低功耗的S3C2440 芯片裝載linux 嵌入式系統(tǒng)作為中央管理單元的處理器，用zigbee 無線通信協(xié)議實現(xiàn)CMU、無線家居設備節(jié)點、無線傳感器節(jié)點的互聯(lián)和互動，使之成為一個小型的家居“物聯(lián)網(wǎng)”并且利用成熟的Internet網(wǎng)絡實現(xiàn)了遠程控制。并在硬件芯片選擇和電路設計方面優(yōu)化了系統(tǒng)的結構，使得系統(tǒng)性能得到了很大的改善，成本也降低了許多。