1 引言
隨著科技的不斷進步，智能家居逐漸成為可能，而智能家居網絡終端則是智能家居的關鍵。本文介紹采用RS485工業(yè)總線，設計實現(xiàn)了一種基于嵌入式系統(tǒng)的家庭智能控制器。用戶可以通過短信及互聯(lián)網等方式現(xiàn)遠程無線監(jiān)控，在手機和互聯(lián)網相當普及的今天，為用戶提供了更簡單、方便的選擇。同時由于該控制器RS485接口的特殊設計，外掛節(jié)點可以由原來的32個擴展到64個，解決了家用設備的布線組網以及控制等問題。
2 系統(tǒng)設計
從結構上看主要分為用戶，控制器，和RS485總線的家用設備控制三個部分。用戶通過手機短信或網絡方式向控制器的GPRS模塊發(fā)送命令，而控制器也通過GPRS模塊向用戶反饋信息或發(fā)出報警通知。從而實現(xiàn)了用戶和控制器無線互聯(lián)，實現(xiàn)遠程控制。
3 硬件設計
硬件部分的結構框圖如圖1所示，控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，經過串口擴展與GPRS模塊相連；通過電平轉換芯片提供RS485總線接口與家用設備相連接；同時還提供LCD,鍵盤等交互接口�？刂破鞯闹骺匦酒捎萌荢3C44B0,使用ARM7TDMI核，工作頻率在66MHz.處理器外接 4MFlash（用于存儲控制器的啟動代碼和系統(tǒng)代碼以及當天事件的文本日志）分配到存儲器Bank0空間和4M×16的SDRAM,分配到存儲器的 Bank6空間。
GPRS 模塊外圍電路：GPRS模塊采用西門子公司的MC35模塊，支持數據、語音、短消息和傳真等多種通信方式可以通過AT命令對其實現(xiàn)控制。串行線通過 MAX3238電平轉換后可直接和RS232串口相連。串口擴展：44B0通過外接雙通道的通用異步收發(fā)器ST16C2550為GPRS modem撥號上網提供完整的9線串口。其主要特點是接收發(fā)送各有16字節(jié)的FIFO（先入先出） 緩沖區(qū)，獨立的波特率產生器可提供50bps到4Mbps的收發(fā)時鐘。用戶可方便地通過芯片的狀態(tài)寄存器來進行錯誤定位和對操作狀態(tài)進行判斷。該芯片內存空間使用保留的存儲空間bank4.采用總線方式控制。RS485接口設計：采用TI公司的RS485接口芯片75L BC184,可實現(xiàn)了44B0串行口的TTL電平與RS485電平之間的轉換，該芯片的輸入阻抗為RS485標準輸入阻抗的2倍（≥24KΩ），故可以在總線上連接64個節(jié)點（相當于原來的兩倍）。且它有一個獨特的設計，當輸入端開路時，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有開路故障時，不影響系統(tǒng)的正常工作。
4 RS485總線協(xié)議設計
用RS-485總線進行系統(tǒng)通訊需要對其傳輸協(xié)議做規(guī)定，最重要的就是幀結構的設計。本系統(tǒng)數據幀的構造包括：起始，地址，類型，數據長度，數據，校驗和及結束幀七個部分，除數據幀為N字節(jié)外（根據從機傳送的數據而定），其余均占1個字節(jié)。類型字定義如表1所示， 類型幀中的"SEN DDATA"幀為數據幀，用于存放從機設備的狀態(tài)信息，其它4種為指令幀，用于存放主機發(fā)送給從機的命令字。
主機發(fā)查詢請求 主機發(fā)讀請求 從機準備好接收 從機處于忙碌 主/從機發(fā)送數據
本系統(tǒng)采用LRC幀校驗的方法。LRC值由傳輸設備來計算并放到消息幀中，接收設備在接收消息的過程中計算LRC,并將它和接收到消息中LRC域中的值比較，如果兩值不等，說明有傳輸錯誤。除了幀結構的定義以外，整個系統(tǒng)的通信還需要遵守下面的規(guī)則：（a）主機查詢方式：由主機輪詢各從機，并要求從機提交狀態(tài)信息，從機不能主動發(fā)出請求。（b）當主機發(fā)出"ASK"命令后，若從機反饋"BUSY"幀，則主機啟動計時和計數，超時3次，則任務執(zhí)行失敗。（c）主機接收到從機發(fā)回的"READY"信號后，向從機發(fā)送"GETDATA"指令，進入接收狀態(tài)，同時開啟超時控制。若在規(guī)定時間未接收到從機發(fā)回的數據，則計數器加1,并繼續(xù)發(fā)出"GETDATA"信號。如果超時3次，則取消這次查詢。（d）從機等待主機發(fā)送指令，并根據具體指令作相應操作。如果接受到的指令幀錯誤，則會直接丟棄該幀。
5 軟件設計
5.1 RS485總線控制
基于上一部分RS485的總線協(xié)議，主從控制主要分為：輪詢、查詢、控制三部分。（1）輪詢：主機定時對各從機進行查詢，如果發(fā)現(xiàn)報警信息，保存后及時觸發(fā)報警并反饋給用戶。如果出現(xiàn)超時或幀錯誤等狀態(tài)時主機放棄此次查詢，并將該事件存儲在主機中。（2）查詢：查詢的工作流程和輪詢大致相同，但是只對指定的從機和指定狀態(tài)進行查詢。（3）控制：把控制指令發(fā)到指定從機，并要求從機反饋執(zhí)行結果。
5.2 GPRS的無線數據傳輸
5.2.1接收和發(fā)送SMS短信
（1）編碼轉換：要發(fā)送中文短信就需要使用PDU模式的16-bit編碼。在Linux系統(tǒng)中默認用GB2312保存中文字符。發(fā)送短信前，要先進行編碼轉換，要將GB2312轉換為Unicode編碼，再將Unicode編碼轉換為 PDU 的16-bit 編碼。這里使用Linux中的iconv （） 函數，該函數可以實現(xiàn)Linux支持的任意的兩種編碼之間的轉換。實現(xiàn)的方法：首先用iconv_open（），打開一個轉換句柄，指定兩種轉換前的編碼和轉換后的編碼。然后用 icnov（） 作轉換。最后用 iconv_close（）關閉句柄，釋放資源。完成轉換后，即可以正確的發(fā)送。
（2）發(fā)送：向MC35模塊發(fā)送一條AT指令，得到OK響應，則表示控制器與GPRS模塊通訊正常，通過"AT+CSCA="***"及AT+CSCA=0命令設置設置短信中心號碼及短信格式（PDU）。然后發(fā)送 AT+CMGS = "電話號碼",得到提示符號">",此時可以向MC35模塊發(fā)送編輯好的PDU編碼并以"CTRL+Z"結束。得到響應OK,則發(fā)送成功；如果收到 ERROR則表示發(fā)送失敗，重新初始化MC35模塊，發(fā)送信息。
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