基于Linux的智能家居管理方案

　　引言

　　物聯網指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等與互聯網結合起來，組成一個巨大的網絡。然后，將生活中的所有物品都納入這個網絡，方便識別和管理。通俗地說，互聯網的終端是人，而“物聯網”的終端是物品，每一件物品都有CPU、網絡地址和傳感器，物品與物品之間也可以傳遞信息、發送指令，其主要宗旨是讓所有物品與網絡連接在一起，系統可以自動的、實時的對物體進行監控、識別、定位、追蹤并觸發相應事件。

　　物聯網的興起，為智能家居提供了條件。如何通過簡化物聯網終端設備，最終開發出一套經濟實用的支持多終端應用的智能家居物聯網平臺是非常有意義、有價值的工作。本系統基于Linux操作系統，開發了一套融合無線移動網絡、射頻識別裝置的智能家居控制系統。此系統具有智能抄表、遠程開啟電器、射頻識別遠程遙控等功能。

　　1　系統概述

　　本系統采用S3C2440芯片作為主控制器，操作界面為4.3寸觸摸顯示屏。上電后，顯示屏顯示整個家居系統網絡內各設備，每個設備分別對應一個圖標，包括燈光控制、風扇、冰箱、電飯煲、燃氣流量采集等。點擊圖標進入該設備相應的詳細信息欄。進入燈光控制界面，可以方便地查看家中各房間亮燈情況，也可遠程通過短信方式控制各房間的燈的亮滅；燃氣使用情況可方便地發送至相關采集部門；坐在辦公室，一條短信可以將電飯煲電源接通。家居中各設備與主控平臺間選擇了2.4 GHz的無線射頻收發芯片nRF24L01，通過它可以實現各家居設備與主控平臺間的無線通信。主控平臺與外網的通信，采用的是德國西門子公司的 MC39i GSM/GPRS終端無線模塊。燃氣流量測量采用了美國矽翔微機電系統（上海）有限公司的MF4000系列氣體流量計燃氣流量計，智能家居控制系統結構框圖如圖1所示。

　　圖1　智能家居控制系統結構框圖

　　嵌入式ARM2440系統開發平臺是整個智能家居系統的監控與管理中心，它主要集成了無線通信模塊、射頻識別模塊、紅外感應模塊、觸摸顯示屏。該總控平臺一方面可以通過無線模塊接收到外部命令（例如：手機短信），并通過射頻識別，控制對應的家居設備按指示工作，例如，打開電飯煲、空調或洗衣機。另一方面，各家居設備運行信息可以通過射頻模塊接收采集（例如采集燃氣讀數、水表讀數、電表讀數等），處理后，可以將數據發送到嵌入式ARM2440系統開發平臺，該平臺將數據分類處理后，可選擇有用數據發送至對應公司服務器（例如燃氣公司、供電局、水廠等），實現自動抄表。

　　智能家居控制系統的中的每一個家居設備，都需要分別安裝一個射頻識別模塊，通過該模塊可以與嵌入式ARM2440系統開發平臺實現短距離無線通信。

　　2　射頻識別模塊

　　nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz世界通用ISM頻段的單片射頻收發器件。該射頻識別模塊可以實現多機通信，多機通信采用頻分多址的方法，只需要在接收端對不同的通道配置地址即可。發送端使用相應的地址作為本機地址。接收數據時通過讀取STATUS中相關位即可得知接收的是哪個通道的數據。射頻識別模塊內包括：頻率發生器、增強型 SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道的選擇和協議可以通過對應的SPI接口進行設置。射頻識別模塊功耗低，當工作在發射模式下發射功率為-6 dBm時，電流消耗為9.0 mA；接收模式時為12.3 mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。

　　nRF24L01在接收模式下可以接收6路不同通道的數據，nRF24L01在星形網絡中的結構如圖2所示。每一個數據通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道，也就是說6個不同的nRF24L01設置為發送模式后可以與同一個設置為接收模式的nRF24L01進行通信，而設置為接收模式的 nRF24L01可以對這6個發射端進行識別。同一時刻，所有的數據通道都被搜索，但只能接

　　圖2　nRF24L01在星形網絡中的結構

　　收一路數據通道的數據。nRF24L01在確認收到數據后記錄地址，并以此地址為目標地址發送應答信號，在發送端數據通道0被用作接收應答信號，因此數據通道0的接收地址要與發送端地址相等以確保接收到正確的應答信號。