基干ARM平台智能家居网关策划.doc

基于ARM平台的智能家居网关设计 　　摘 要： 介绍智能家居网络各种传输介质的优缺点，设计一种基于电力线传输的简化分时发送协议。在此协议基础上，提出一种基于ARM平台的智能家居网关设计方案。根据系统设计的要求，进行无线WiFi、电力传输、以太网等模块的电路设计和相应的网关软件流程设计。最后，通过系统调试证明该系统电路简单、设计合理且实用性强 关键词： 分时发送； S3C6410； PL3106； 软件流程 中图分类号： TN926?34； TP277 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）20?0121?04 Abstract： The advantages and disadvantages of various transmission mediums for smart home network are introduced in this paper. A time sharing delivery protocol based on power line transmission is designed. Based on the protocol， a design scheme of the smart home gateway based on ARM platform is proposed. According to the system design requirements， the circuit design of wireless WiFi， power transmission， Ethernet modules and the process design of the corresponding gateway software are conducted. The system debugging result shows that the circuit is simple， and its design is rational and practical. Keywords： time delivery； S3C6410； PL3106； software process 智能家居网络是指在家庭内部通过某种有线或无线的传输介质，采用一定的通信协议来实现家电设备之间互联互通的一种信息传输网络[1?2]。实现智能家居网络主要有3类主流技术：总线技术、短距离无线通信技术和电力线载波通信技术。总线技术采用双绞线总线结构，需增加额外布线；短距离无线通信技术穿墙能力差，需要路由器且存在死角；电力线载波技术避免了上述2种技术的缺陷，是未来智能家居网络的一种不可或缺的技术实现方案 1 系统总体设计及主要芯片选型 本设计着重于电力线传输协议和网关设计。基于ARM平台实现协议转换、路由选择和远程控制等功能 1.1 电力线传输协议设计 利用电力传输线来监控智能家居设备，避免了CAN总线或者以太网所需的额外布线，也能解决无线传输穿墙时信号严重衰减的缺点。电力线传输的信道条件较差，所以需要专门的物理层规范设计。由于是小范围联网，数据量小，实时性要求较低，无需复杂芯片，可采用简化的MAC层协议，使用分时传输的发送方式[3?4] 文中不采用CSMA/CD载波监听多点介入/碰撞检测协议，转而设计一种简化的分时发送机制。在下列时间节点，若网络空闲，设备或网关便可主动发送数据：0 ms网关发送；100 ms设备1发送；200 ms设备2发送；300 ms设备3发送；以此类推 在上述约定的分时发送时间，没有任何从设备或网关正在进行通信，此时可认为网络空闲；否则推迟发送等待下一次机会。网关控制器每隔一段时间发送校时信号，重启发送时序。以上协议可有效避免“碰撞”出现，在实时性要求较低的情况下获得较高的线路利用率。简化的分时发送机制传输协议分层结构如图1所示 网关分时发送机制传输协议应用层实现主要通过CPU实现，MAC层和PHY物理链路层主要通过单片机PL3106实现。PL3106带有PSK调制功能，中心频率为120 kHz，最大波特率[5]为500 b/s。利用单片机编程，该芯片可完成全部MAC层、物理层和部分应用层的功能。分时发送机制传输协议分层硬件设计，如图2所示 1.2 网关设计 1.2.1 功能需求 具有无线路由器功能，可实现电力传输协议、IEEE 802.11协议、以太网协议之间的转换。主芯片选择S3C6410是因其强大的处理功能，符合路由器实时处理的要求，同时能提供多种服务功能[6] 1.2.2 主动和被动工作模式 在主动工作模式下，网关按照配置好的命令直接控制家电设备运行。在被动工作模式下，网关对电力线上传