1 引言

　　目前人們的家居生活中應用了大量的日用電器，但是這些日用電器都要人們去直接操控，雖然可以用一些定時操控，但是功能有限，靈活性很差。而作為移動終端的手機在不斷的普及，開發它的擴展應用將是有廣大的配備基礎和廣闊的市場前景的，可以利用手機終端依托公眾信息網，控制家電，并查詢家中狀況。本文討論的是將信息處理的技術與對設備的操控結合來實現數字家居的一種嘗試，使人們能享受到信息革命給生活帶來的便利。本文創新點在于用ZigBee技術進行家庭組網結合DSP技術與短信方式來完成遠程設備與用戶之間的通信。這樣網絡覆蓋范圍廣，實現控制與監測時具有不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優勢，而且不必重新布電網，可以節約財力、物力和人力穩定可靠，易于實現。

　　2 系統硬件設計

　　智能家居系統具有對家庭中的各種設備遠程控制、遠程查詢、集中管理功能，為用戶提供更為舒適，方便的生活方式。本設計主要針對的是家電控制。ZigBee通信子節點需具備脈沖量數據采集、開關量數據采集、模擬量數據采集、繼電器觸點輸出等功能，而主節點實際上是一個功能齊全的FFD設備，對家庭子網節點的管理，并與家居服務器通信，實現服務器和子節點的信息交互本設計中家庭內部節點主要由射頻芯片CC2430和TMS320VC5402芯片組成，CC2430是符合IEEE802.15.4標準（MAC、和PHY層）的ZigBee無線網絡模塊。TMS320VC5402芯片用來控制CC2430ZigBee模塊的運行，并且與GSM模塊通過MAX3111進行連接，用來進行數據的通訊。我們將ZigBee的協調器節點和GSM模塊集成在一塊板子。節點在空閑時間處于睡眠狀態，當用戶有控制信號或者數據采集要求時采用中斷將節點喚醒，完成數據采集或控制任務，并上報相關信息。

　　系統構成圖如下所示：

　　主控中心模塊它承擔著短信的接收，命令的判斷，執行命令的發出或直接驅動，并將機器的工作狀態用短信發給移動終端。

　　這種工作可以選用低價普通的C51單片機。但考慮要在以后擴展基于圖像的彩信反饋的應用，所以在本設計中控制器的處理機選用了TMS320VC5402芯片。DSP主控模塊采用了TMS320VC5402EVM評估板及仿真器。TMS320VC5402EVM提供了2個BCMSP的直聯接線口J6,J7和PHI的驅動口J2及J5與仿真器的接口連接。該板有512KRAM數據存儲，64KRAM作為程序儲存。4KFLASH存儲器，可用于存儲需保留的數據。

　　TMS320VC5402要與GSM模塊相連就要擴展RS232接口，TMS320VC5402只提供了2個多通道帶緩沖同步串行口MCBSP0,MCBSP1。如果實現對接，就要對MCBSP串口進行轉換。我們這里使用的是MAX3111芯片。MAX3111芯片具有尺寸小，價格低，功耗少，通信速率高等特點。用MAX3111芯片實現同步串行數據接口到異步串行口（RS-232）的轉換。可與H6221的RS232口相連。MAX3111包括UART和RS-232兩個部分，其中UART部分包括兼容SPI的串行口，可編程波特率發生器，發送緩沖器及發送移位寄存器，接收緩沖器，接收移位寄存器，8字節接收FIFO,以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產生器。而RS232部分包括自帶電容的電泵。

　　由于MAX3111是3.3V器件，TMS320VC5402的MCBSP串行接口工作SPI模式時可直接與MAX3111連接實現與RS232設備異步數據傳輸。此時TMS320VC5402作為SQI協議中的主設備，發送時解信號（BCLKX）作為MAX3111的串行時解輸入，發送幀同步信號（BFSX）作為MAX3111的原選信號（TCS）。BDX與DIN連接作為發送數據線。BDR與DOUT作為接收數據線。

　　MAX3111的功能可通過BDX線向其發送16位的控制字配置命令來定制。MAX3111的TX與T1IN連接，RX與R1OUT連接以便利用其片內的轉換器實現UART到RS232電平轉換。

　　MAX3111串斷信號（IRQ）與DSP的外部中斷LNTO相連。這樣無需任何其它外圍器件。由于異步收發由MAX3111硬件實現，所以TMS320VC5402的軟件編程只需考慮與MAX3111之間的同步數據通信。

　　TMS320VC5402與CC2430的聯接是系統的執行環節。由于CC2430是C51為核心的，所以TMS320VC5402與CC2403連接類似與C51單片機的連接，只是CC2430的電平為2—3.9伏。

　　而TMS320VC5402接口電平為3.3伏，正好能直接匹配，減少了電平轉換的麻煩。

　　執行終端在接收到對本機的呼叫并確認中心所下達的執行命令時就驅動相應端口的輸出腳，如上圖中的P0.0驅動三極管Q,帶動繼電器J0,三個常開接點閉合，J0.1課帶動負載，而J0.2由P1.0檢測，J0的狀態，可供查詢。用CC2430芯片組成ZigBee的無線網絡可以在節點間進行，接力傳輸每個節點間距離可達70米，在節點間距離較密時網絡節點有自愈功能。這種網絡可支持較大規模網絡，節點可達6萬多。在實現ZigBee的軟件方面要有ZigBee協議棧的支持，現在廠家以可以免費支持，這使得基于利用CC3430無線單片機，ZigBee技術的無線網絡可以得到普級。

　　本設計選用了星型組網方案。星型網絡以網絡協調器為中心，所有設備只能與網絡協調器進行通信。ZigBee網絡的協調器節點和主控模塊相互連接來進行數據傳輸。在ZigBee網絡中，所有節點的傳感器數據都通過路由送往協調器節點。每個傳感器節點可以設置成睡眠模式，在沒有數據發送的時候進入休眠，以節省功耗，延長使用壽命。根據ZigBee協議，每個ZigBee主設備可以連接多達254個從設備，一個區域內最多可以同時存在100個獨立且相互重疊覆蓋ZigBee網絡。所以，網絡容量很大，能滿足大多數需求。網絡中的數據傳輸采用了碰撞避免機制和完全確認的數據傳輸機制。而且網絡層和MAC層都有安全策略，且安全分級，各個應用可以靈活確定其安全屬性。所以整個網絡的可靠性和安全性都比較高。其工作流程為：

　　a.由用戶手機發送規定好的命令給GSM模塊，DSP主控模塊收到GSM發來的命令后，解釋該命令。解釋完命令后發給主控中心的ZigBee無線射頻模塊，由該模塊把命令發給相應的分控終端設備，分控終端設備收到命令后做出相應的動作。

　　b.當分控終端收到命令后會有兩種動作：一種是做出相應的動作后向上層做出應答，另一種是主控中心把收到分控終端的信息，通過GSM以短信形式發到用戶手機上。

　　到此己經完成了用戶在遠程對家庭內部的電子設備的控制與監測。

　　3 系統的調試

　　1.短信收發的調試：這個環節主要完成驗證所選用的GSM調制解調器AT命令的兼容性。可在PC機上用超級中端來調試。

　　2.TMS320VC5402的同步串口MCBSP1與MAX3111的串行口的調試。要保證能正確接受到短信，調試過程要用TMS320VC5402仿真器。

　　3.TMS320VC5402的同步串口MCBSP0與CC2430的連接，這兩個芯片要分別用仿真器兩臺電腦調試才能發現問題出在那一邊。

　　4.調試ZigBee網絡，中心控制器的CC2430和被控端的CC2430分別用仿真器分段調試，調通ZigBee鏈路。

　　5.調試被控端CC2430的驅動端口，能按要求驅動繼電器。

　　6.逐級聯調，以中心控制器為中心按各個方向的協議調通。

　　7.調試中心控制器的控制和管理邏輯。

　　8.全系統聯調測試。過程中用到一個TMS320VC5402仿真器和兩個CC2430仿真器。

　　4 結論及展望

　　本設計的主題是建立一個基于GSM短信息的家居智能化控制系統，實現對家庭設備，家居環境狀況的控制與監測。GSM短信息模塊執行接收短信息給用戶手機及發送用戶手機的短信息，建立了用戶手機和DSP主控模塊的遠程通信功能，系統通過ZigBee無線通信技術實現子功能模塊與主控模塊之間的通訊。

　　本系統的優勢和創新主要體現在以下幾個方面：

　　1.設計了基于新標準ZigBee的無線技術在智能家居行業的應用方案，這在家居行業的技術發展和應用方面的研究具有前沿性和實用性。

　　2.根據人們平時通信的習慣，設計基于GSM短信來遠程控制家電的系統易于被人們所接收，并且在不需要很強實時性的家居控制中具有方便，快捷，高效率低運行成本的優勢。

　　3.系統采用DSPTMS320VC5402,不僅有很好的性價比也為以后系統升級擴展留有余地。在今后可以利用基于GPRS的彩信服務或3G移動通信，反饋信息可以向圖形、圖象的視頻信息方向發展。這時，中心控制器要有足夠的能力處理視頻，這時DSP就大有用武之地。

　　4.在設計中解決了DSPTMS320VC5402與GSM模塊相連接的接口問題。

　　因此基于GSM短信的智能家居控制系統具有較好的社會發展前景。