基于三星S5PV210处理器的智能家居控制系统设计

单桂峰

【摘要】此系统已三星A8系列的S5PV210处理器为控制核心，采用无线有线相结合的方式，实现了现代家居的智能化管理。本系统集家庭娱乐，家庭安防，灯光控制，窗帘控制，信息家电，等自动化控制为一体。为现代家庭提供了安全、高效、舒适、节能的可视化，人性化的生活环境。本文主要介绍核心控制部分的结构和实现方法，以及整个智能家居的拓扑结构。

【关键词】智能家居；S5PV210处理器；家庭防盗；无限监控；自动化家居；arm处理器应用

1.引言

随着现代科技的发展，特别是互联网的高速发展，人们对生活质量也提出越来越高的要求，舒适，高效，便捷和安全的家居环境逐步被人们所青眯，智能家居系统应运而生。出门在外，担心家中是否安全，打开手机可以查看家中每个角落；在下班回家的路上，可以提前开启家中的空调和热水器；早上当太阳升起的时候，窗帘自动慢慢打开，迎接清晨的第一缕阳光；当在办公室，家中来了客人，在也不用着急跑回家开门，轻轻按一下电话键，门就自动打开了；当需要购买你需要的商品时，不需要再跑到商场挑选，直接按几下遥控器，你满意的商品就送到了家。这些现代的智能家居系统都可以帮你轻松实现。

2.系统的拓扑结构

本系统主控部分采用三星的A8处理器，系统有两部分组成，一部分是室内部分（本地网络），一部分是远程部分（远程控制）（如图2-1所示）。

室内部分主要有以下部分组成：

室内可视：主要是通过宽带互联网和高清电视实现网络电影观看，网络游戏，远程购物及视频监控等相关的功能

环境监控：这一部分主要是实现温度，烟气，煤气等的采集，这些信息通过网络可以和物业等相关部门的信息联动，防止煤气泄漏，火灾等事故的发生；同时可以采集电表，煤气表，水表等相关信息，这些信息通过网络可以实现远程抄表远程缴费等功能。

家居控制：这一部分主要实现对家电的控制，由很多木模块组成，可以通过主控制器，对家居中所有的家电，比如照明，空调，电视，热水器，电动窗帘等进行本地和远程的控制。

3.智能家居主控设计

系统的cpu处理器选用三星的S5PV210， S5PV210是一款功能极其强大的高端ARM Cortex-A8处理器，其功能全面、接口丰富，主频高达1G。其主要特性如下：

a）采用45nm低功率制程，cpu典型功耗：11mW；

b）CPU主频 1G；

c）支持DDR2存储器；

d）0.65mm引脚间距，17X17mm2 FBGA封装；

e）支持USB HOST2.0，usb OTG2.0接口；

f）4个SDIO/HS-MMC接口；

g）3D图形加速器采用Power VR SGX540；

h）2D图形加速器，最大支持8000X8000分辨率；

i）JPEG硬件解码器，最大支持65536X65536分辨率图片；

j）视频硬件解码器，支持1080@30fps；

k）HDMI，TVOUT，CAMERAX2接口。

3.1 控制器总体方案的设计及实现

3.2 ZIGBEE无线系统

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。Zigbee自身的主要技术优势如下：

①低功耗。在低耗电待机模式下，2节5 号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较， 蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

②低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。

③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

④近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

⑤短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。

⑥高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

⑦高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES 128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。

⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗（ISM）频段，2.4GHz（全球）、915MHz（美国）和868MHz（欧洲）。

正是这些优点的存在，我们在本系统中采了Zigbee技术，通过Zigebee主要，可以使系统模块化，数据采集，温度采集，三表数据，燈光控制可以通过zigbee无线模块来实现，可以省去布线的麻烦，是产品安装更加方便。维护更加便捷。如图3-2所示，Zigbee智能终端可以是温度传感器，智能煤气表，智能空调，电动窗帘等。

3.3 can總线接口

控制器局域网CAN（Controller Area Network）作为一种多线路网络通信系统，以其时分多主、非破坏性总线仲裁和自动检错重发等灵活、可靠的通信技术，及低廉的价格，被广泛地应用于工业自动化生产线、汽车、传感器、医疗设备、智能化大厦、电梯控制、环境控制等分布式实时系统。CAN总线有以下优点：

①具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；

②采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；

③具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；

④可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；

⑤可靠的错误处理和检错机制；

⑥发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

⑦节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

⑧报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

在本系统中采用can总线接口主要是对ZIGBEE无线接口的有力补充，在不合适无线环境中，我们可以采用can总线通讯的方式，实现数据的采集，和对智能家电终端的控制。

3.4 网络接口

主控制器设计了10/100Mhz的标准以太网接口，系统可以通过具有以太网接口的系统连接到互联网上，比如ADSL，小区宽带等。我们可以在办公室的电脑上，或者手机上通过互联网来控制家电，查看视频监控，并且可以通过家中的高清电视观看互联网上的节目，以及完成网上购物等。系统的以太网接口采用DM9000芯片设计完成。

DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的，单芯片快速以太网MAC控制器。它有一个一般处理接口，一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容，DM9000还提供了介质无关的接口，来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。该DM9000支持8位，16位和32-位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9000物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u规格。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。还支持IEEE 802.3x全双工流量控制。这个工作里面DM9000是非常简单的，所以用户可以容易的移植任何系统下的端口驱动程序。

DM9000有以下特点：支持处理器读写内部存储器的数据操作命令以字节/字/双字的长度进行；集成10/100M自适应收发器；支持介质无关接口；支持背压模式半双工流量控制模式；IEEE802.3x流量控制的全双工模式；支持唤醒帧，链路状态改变和远程的唤醒；4K双字SRAM；支持自动加载EEPROM里面生产商ID和产品ID；支持4个通用输入输出口；超低功耗模式；功率降低模式；电源故障模式；可选择1：1 YL18-2050S，YT37-1107S或5：4变压比例的变压器降低格外功率；兼容3.3v和5.0v输入输出电压。

3.5 WCDMA

wcmda就是我们常说的3G网络，WCDMA模块实现的功能和以太网接口是相同的，主要是有线以太网出现问题以后的备用方案，比如盗窃分子破坏了有线网络，系统自动会转接无线网络连接，使得家居更加安全可靠。

使用WCDMA通讯和3G手机是相同的，需要运营商的支持，因为目前费用比有线通讯高，所以在系统中我们把它作为备用方案使用，只有有线网络出现连接故障，才会自动切换到WCDMA网络。

目前中国支持WCDMA的运营商主要有中国联通公司。联通的WCDMA的主要优势有，网络速度最快，支持业务最广泛，终端种类最多，国内覆盖广泛，开通国家最广，可漫游的国家和地区最多。

3.6 摄像机和声音采集

摄像机输入和声音采集主要实现远程监控的功能，视频图像和声音通过主控制器压缩以后，用户可以通过互联网终端查看家居的视频图像，起到防盗监控的目的。

参考文献

[1]S5PV210_EVT1_Usermanual_20100218 SAMSUNG ELECTRONICS CO.，LTD.

[2]铙运涛.现场总线CAN原理与应用技术（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2007.

[3]zigbee http：//baike.baidu.com/view/117166.htm.

[4]《DM9000_DataSheet》http：//www.davicom.com.tw.