隨著網絡技術和當代通訊技術發展的不斷完善，家居智能化已經愈來愈受到人們的關注。智能家居控制系統是以家庭住宅為平臺，控制各種家居電器設備，完美地將系統、結構、服務、管理集合為一體的控制系統。
系統通過對住宅內部環境的長期監測智能的獲取用戶的居住習慣，并結合人為設定的控制指令自動調節設備狀態實現住宅的智能化、人性化，為人們營造一個節能、安全、舒適的居住環境。
利用ＡＲＭ 和ZigBee無線模塊技術，設計了一款新型智能家居終端控制系統，實現了對家庭內的家居電器遠程控制。系統最終調試的結果能夠滿足用戶對家居電器設備的遠程監測和控制的需求。該設計合理，能夠達到預期的目標。
1 整體方案的設計
結合設計理念和整個系統所要實現的功能，對整個系統進行設計如圖１ 所示。
圖１ 整體系統設計結構圖
在智能家居控制系統中，根據各個系統的模塊，對整個方案進行設計，總體來說整個方案可以分成以下幾個單元。
１） ZigBee無線數據采集單元
ZigBee無線數據采集單元利用最新的無線ZigBee通訊技術，使用無線子節點模擬家庭內的家居電器，并由多個ZigBee無線數傳節點組成的家庭內部的無線局域網。用戶（智能網關）發來控制信息，經過中央控制器處理，由協調器節點根據信息中的地址傳輸給相應的無線子節點，完成對家庭內電器的控制和監測。
２） ZigBee無線模塊數傳單元
ZigBee無線模塊數傳單元是整個系統的核心部分，它一方面通過串口和ＷＩＦＩ 與家庭無線局域網中的協調器相連接，通過協調器接收發送控制信息；同時通過網口與路由器相連，接入以太網中，用戶可以遠程發送命令經以太網控制家庭內部的家居電器設備。
３） 數據處理單元
數據處理單元主要指用戶通過各種智能終端，如智能網關、智能手機，掌上電腦等，發送控制命令控制家庭內部的環境狀況。
對整體系統方案的設計，是在綜合各種因素的基礎上設計完成的。不僅實現系統要完成的功能，而且在擴展性提高以及降低成本方面都有所發展。在本設計中，家居控制終端釆用嵌入式處理器，在家庭無線局域網中釆用ZigBee技術作為無線組網技術。嵌入式設備不僅擁有功耗低、體積小、成本低等優勢，同時也具有良好的穩定性和實用性，可以快速的接入以太網，徹底擺脫了以往對計算機的依賴性。同樣ZigBee無線數傳技術也具有成本低，組網自組織能力強，更為各個節點設備制定了統一的標準。整個系統滿足了用戶的需求和功能要求。
2 系統硬件的設計
2 .1 智能網關電路設計
選用ＴＩ 公司新一代移動應用處理器——— ＯＭＡＰ３５３０ ，該處理器在單個的芯片上集成了６００‐ＭＨｚ ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ‐Ａ８ Ｃｏｒｅ 、４１２‐ＭＨｚ ＴＭＳ３２０Ｃ６４ｘ ＋ ＤＳＰ Ｃｏｒｅ 、圖形引擎、視頻加速器以及富足的多媒體外設。Ｃｏｒｔｅｘ‐Ａ８ 內核是采用ＡＲＭｖ７ 指令體系架構，是ＡＲＭ 公司歷史上性能最強大的一款處理器，適合用于復雜的操作系統和用戶應用，運轉速率可達６００ ＭＨｚ 至１ ＧＨｚ ，功耗一般在３００ ｍＷ 以下，而性能可高達２０００ＭＩＰＳ 。
智能網關使用的是核心板加底板的模式。在系統中，使用了７ 寸ＴＦＴ ２４ 位液晶觸摸屏，由于接口資源豐富，又增添了通用的存儲器、通訊接口。使嵌入式最小系統具備了體積小、高性能、低功耗等特點。硬件結構如圖２ 所示。
圖２ 智能網關硬件結構框圖
在本設計中，ＵＡＲＴ 和ZigBee數傳模塊協調器相連接，外部Ｉｎｔｅｒ
ｎｅｔ 網通過ＤＭ９０００ 網卡接入。ＯＰＡＭ３５３０ 處理器根據接收到的各種輸入信息來進行處理和分析工作，并把處理后的結果通過通信接口分別傳輸給用戶或者ZigBee無線模塊節點設備。
2 .2 ZigBee 模塊電路設計
ZigBee無線模塊主要的功能是負責家庭內部無線局域網的搭建，并完成用戶發送的控制命令和ＺｉｇＢｅｅ無線模塊采集的信息的傳輸。當前，市場上選用較多的無線模塊是ＴＩ 公司生產的ＣＣ２５３０ 芯片，它不僅集成了一個增強型８０５１ 處理器，而且還集成了符合ＩＥＥＥ８０２.１５ .４／ZigBee聯盟標準的射頻收發芯片于一體，并且支持ＩＥＥＥ ８０２ .１５ .４ 、ＺｉｇＢｅｅ２００７／Ｐｒｏ／ＲＦ４ＣＤ 等多種協議標準。同時ＣＣ２５３０ 可以在多種模式下進行工作，符合系統的低功耗工作要求。ＣＣ２５３０ 應用電路電路圖如圖３ 所示。
圖３ ＣＣ２５３０ 應用電路
3 系統軟件的設計
嵌入式操作系統選用Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０ 系統。因為該系統具備開發周期短，相對簡單，工具強大，ＧＵＩ 豐富，內核完善等優點。所以被廣泛用以手持設備的開發。
3 .1 嵌入式平臺的搭建在Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６ .０ 開發中，微軟公司經過戰略性的調整，把Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｂｕｉｌｄｅｒ 制作成了Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ 的一個插件。如同Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＃ 和Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋ ＋ 一樣，被全部集成到Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ 一樣。
針對嵌入式系統交叉編譯環境的特點，Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０
開發環境在ＰＣ 機上的搭建步驟做如下簡單的介紹：
② 安裝Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ 安裝包
② 安裝Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ Ｔｅａｍ Ｓｕｉｔｅ ＳｅｒｖｉｃｅＰａｃｋ １ 安裝包
③ 安裝Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ ＳＰ１ Ｕｐｄａｔｅ ｆｏｒ Ｖｉｓｔａ 安裝包（如果需要的話）
④ 安裝Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０ 安裝包
⑤ 安裝Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐａｃｋ １ 安裝包
⑥ 安裝Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０ Ｒ２ 安裝包
⑦ 安裝Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＣＥ ６.０ Ｒ３ 安裝包
⑧ 安裝Ｕｐｄａｔｅ 升級包在安裝相關軟件之前，必需確保ＰＣ 機上系統所在磁盤有足夠的使用空間，建議系統磁盤至少有８ ＧＢ的使用空間，并在安裝完所有軟件之后，至少有４ ＧＢ 的剩余使用空間。
至此，實現了Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｂｕｉｌｄｅｒ ６.０ 安裝，在Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ 中新建項目時，便會出現ＰｌａｔｆｏｒｍＢｕｉｌｄｅｒ ６.０ 項目類型。
然后，利用Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５ 中的Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｂｕｉｌｄｅｒ ６.０ 項目類型定制內核，并對其進行編譯，導出并安裝ＳＤＫ 。至此，ＷｉｎＣＥ 的開發環境建立完成。
3 .2 ZigBee 節點軟件開發
３ .２ .１ ZigBee數傳模塊協調器節點軟件設計協調器是整個家庭內部無線局域網的核心。在組網成功后，協調器充當一個路由器的作用。它的功能主要是負責無線網絡的建立、網絡參數的設定、網絡信息的管理及維護等功能。協調器的程序設計流程如圖４所示。
圖４ ＺｉｇＢｅｅ 協調器程序流程圖
系統首先上電，在完成協調器硬件和協議棧的初始化以后，協調器就開始進行信道能量檢測和信道掃描，從中選擇出空閑信道中能量最強的作為所建無線網絡的信道，從而建立無線網絡并生成無線網絡編號ＰＡＮ ＩＤ 和配置無線網絡參數。建立ZigBee無線網絡成功后，協調器會進入偵聽狀態，若有ZigBee數傳模塊子節點申請入網，則允許子節點加入，并且為它分配無線網絡地址、建立綁定文件。
３ .２ .２ 終端節點的軟件設計
無線終端節點的主要功能是完成接收用戶發送的控制和查詢數據，和上傳無線終端節點傳感器采集的信息。上電初始化模塊后，首先是信道掃描，查詢是否有可加入的ZigBee無線數傳網絡信道，即向協調器發送申請入網請求，然后檢查是否加入網絡成功。如果加入網絡未成功，ZigBee無線數傳子節點則繼續發送申請加入網絡請求。如果加入網絡成功，協調器就會分配無線網絡地址。在加入網絡成功后，ZigBee無線數傳子節點就會偵聽網絡信息，查詢是否接收到數據，如果接受到網絡數據，則會進一步判斷數據類型，當接收到的是用戶的查詢信息時，則獲取與之相應的傳感器節點信息，并經ZigBee無線局域網把數據傳輸給協調器；當接收到的是用戶的控制指令時，則與之相應的ＺｉｇＢｅｅ 無線子節點執行控制操作。ＺｉｇＢｅｅ 無線終端節點的程序設計流程圖如圖５ 所示。
圖５ ＺｉｇＢｅｅ 無線終端節點程序流程圖
4 系統的性能測試
在測試過程中，整套系統有６ 個無線節點、１ 個協調器、１ 個ＣＯＲＴＥＸ Ａ８ＤＢ 智能網關。每１ 個無線節點都有１ 個ＣＣ２５３０ 模塊，和１ 個電源板，電源板上有１ 個蜂鳴器、６ 個ＬＥＤ 燈、和功能不同的傳感器。在這個系統中，有溫濕度傳感器、光傳感器、煙霧傳感器、繼電器、電機驅動等模塊，作為家居中的模擬電器設備。
在系統性能測試時，智能網關通過以太網與路由器連接，協調器通過串轉網模塊與路由器相連。在此特別說明，串轉網模塊的ＩＰ 地址和智能網關的ＩＰ 地址必須在同一個局域網內。然后打開智能網關和協調器開關，當協調器的指示燈處于閃爍狀態時，說明協調器組網成功，然后打開子節點開關，接入協調器的組網中，子節點的指示燈處于閃爍狀態時，說明入網成功。到此，硬件連接成功。在智能網關中打開應用程序，然后點擊打開連接按鈕，輸入串轉網模塊的ＩＰ 地址，然后點擊確定。然后就可用智能網關中的應用程序對ZigBee無線模塊節點進行實時監測和控制。圖６ 為溫度采集模塊在智能網關中的應用程序界面的實時監測顯示。
圖６ 溫度采集節點實時監測數據顯示
5 結語
本設計的智能家居系統，是采用ＡＲＭ 和ZigBee無線模塊技術，在分別以ＯＭＡＰ３５３０ 為控制核心和ＣＣ２５３０ 為無線控制核心的基礎上，完成了智能網關和ZigBee數傳模塊節點的設計，實現了ZigBee無線數據采集和實時監測和控制家居電器的設計。該系統具有傳輸快捷安全、組網簡易靈活等優點，達到了對家庭設備的智能化管理，所以該系統在未來市場中具有良好的競爭力。