一种嵌入式无线智能家居网关系统的设计方案

摘 要： 为了实现家庭内部网路与Int ernet 以及GSM 网的互联， 提出了一种嵌入式无线智能家居网关系统的设计方案。该网关系统的硬件平台以ARM920T 核处理器S3C2440 为主处理器， 采用ZigBee 协议建家庭内部网络， 而且通过以太网模块和GSM 模块接入外部网络。软件平台采用Linux 操作系统， 通过交叉编译设计网关的应用程序。最后， 以QtopiaCo re 为嵌入式GUI, 进行家庭网关监测应用软件的功能需求分析， 设计图形用户界面， 实现家庭内部信息的查询。基于ARM9 和Linux 的嵌入式网关系统， 可扩展性强， 数据处理速度快， 使用简单， 能够对家庭网络内部多项环境信息进行监测。

　　0 引言

　　智能家居系统是为适应现代化家庭生活而形成的一个形式多样化的网络系统。它是现代3C技术（计算机技术，通信技术，控制技术）与传统家居系统相结合的产物，是家居信息化未来的发展方向。智能家居网络通常包括智能家居网关，外部网，安防设备等。智能家居网关与其他4个部分连接，交互信息，对它们进行统一的管理。此外，智能家居网关还接入外部网络，使用户能够远程实时控制管理家庭内部网络。

　　在本文中，智能家居网络是指应用于家庭环境的无线传感器网络。在家庭中，部署各种传感器，例如红外传感器，烟雾传感器，RFID门磁传感器来监测家庭的一些环境信息，这些传感器通过自组织方式就构建了智能家居网络。所以本文设计的智能家居网关主要是实现WSN网络与Internet以及GSM网的互连。显然，智能家居网关是整个家庭网络的核心，主要实现Internet网，GSM网的接入，远程控制，以及实现协议转换连接家庭内部异构网络的功能。目前基于PC方案的家庭网关不仅成本高，而且要求计算机一直处于开机状态，因此，对于普通的用户，家庭网关应采用廉价的嵌入式CPU，若单是采用8位或者16位的单片机，由于速度慢且资源有限，不能实现复杂的控制，效果不理想。

　　因此，以ARM920T核处理器S3C2440为主处理器，家庭内部通过JENNIC 5139射频模块自组织无线网络。GSM模块选用Wavecom GSM模块。此外，本文用Qt设计了用户可操作的触摸屏界面。

　　1 网关需求分析

　　网关系统的主要功能是在现场及远程终端监控家庭各个传感器的工作状态，并在异常时报警。各个传感器将各自采集的信息，经过JEN-NIC射频模块的无线传输，传送到网关系统上，通过嵌入式微处理器操作系统，将信息通过有线或者无线方式传送到远程终端上或者用户手机上。网关部署如图1所示。

图1 网关部署结构图

　　本文要实现的目标有以下3个：

　　（1）实现用户在任何时间，任何地点通过远程无线的方式对家庭内的环境信息查询；

　　（2）对家庭内部的环境信息进行实时监控，当其中某一项参数超过一定指标时，以远程无线方式通知用户，发送报警信息；

　　（3）*远程终端的连接请求，当有远程Socket连接时网关发送数据。