基于Cortex—M3处理器的智能家居监控系统设计

2．1 中心控制器
本系统选用意法半导体公司的STM32F207为中心控制器。该芯片基于专门用于高性能、低功耗、低成本、实时性嵌入式应用系统的ARM Cortex-M3内核，内部资源丰富，提供了多个USART、I2C、SPI、I／O接口并整合了全速USB OTG接口、以太网10／100MAC以及8～14位相机传感器并行接口，处理性能高达150 Dhrystone MIPS，内置多达128 KB～1MB的闪存和132 B的SRAM。该芯片能完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及与外部通信网络之间的数据交换。作为智能家居监控信息平台的核心部分，它具有功耗小，可靠性好，性价比高的优点。
2．2 ZigBee节点
在智能家居监控系统中，ZigBee节点模块采用JENNIC公司的JN5139。该芯片嵌入到主控制器、信息家电、各种传感器中，将信息家电、门禁安防、三表等组成星形ZigBee网络。同时该芯片充当协调器和终端监控节点的角色，负责传输网络命令和数据、转发和管理终端监控节点之间的数据。该芯片将各终端节点的信息传输给主控制器，家庭出现异常时，将报警信息发给用户手机和小区管理终端；同时接收用户的控制信息，转发给相应的终端监控节点。监控终端节点负责对各子传感器节点进行数据的采集和传感器状态的控制，包括家庭内部网络中的门磁开关状态、红外对射探测器、火灾探测器、烟感和燃气泄露探测器数据等。
本监控系统采用的JN5139，是业界第一款与IEEE 802．15．4兼容的低功耗、低成本无线控制模块，集成了32位的RISE处理器，并且拥有丰富的模拟和数字外设，只需添加少量的外围元件即可完成该通信功能硬件的设计。该模块的数据传输和交换都是通过SPI总线完成的。
2．3 网络通信接口
STM32F207内嵌了一个以太网MAC，并有专用的DMA，实现内部数据的高速传输。而且支持默认的介质无关接口(MII)和精简的介质无关接口(RMII)两种工业标准的物理层接口，所以只需外接一片物理层收发器，就能完成以太网帧的接收和发送，实现网络通信。在该设计中采用DP83848C，它是一款功能全、鲁棒性好、功耗低、价格低的10／100Mb／s单路物理层(PHY)器件，通过配置AFIO_MAPR寄存器中的bit23，MII_ RMII_SEL来选择RMII，把与接口相连的信号线简化到7根，大大节约了成本。为了实现网络接口，采用了PULES的J0011型变压器与DP83848C收发差分线连接，其主要功能是转换电平并抑制高频干扰接入以太网以及防止烧坏元器件，实现带电插拔功能。J0011型变压器还集成了RJ-45接头，简化器件之间的连线，节省PCB板的空间，提高高频信号传输的可靠性。接口设计如图3所示。