基于S3C2440家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案(一)

　　在信息、通訊不斷發(fā)展的今天，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，及國內(nèi)消費(fèi)者生活水平的不斷提高，人們更加注重生活質(zhì)量，對(duì)生活的舒適度有了更高的要求。而家電的性能對(duì)人們生活的舒適度有著直接的影響。家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使人們可異地控制家庭內(nèi)部設(shè)備，拓展了人們的生活空間，為人們管理家庭設(shè)備提供了方便的手段。但由于很多普通家電卻不具備智能控制所需的條件，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)普通家電的智能控制，需要設(shè)計(jì)一個(gè)中間設(shè)備--家庭網(wǎng)關(guān)。

　　本系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)階段流行的ARM9 系列微處理器芯片和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行了家庭網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，利用人們隨身攜帶的手機(jī)與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行短信通信，并在家庭網(wǎng)關(guān)的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制。

　　1 家庭網(wǎng)關(guān)整體結(jié)構(gòu)

　　遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)一般可以劃分為外部網(wǎng)，家庭網(wǎng)關(guān)和內(nèi)部網(wǎng)三個(gè)部分。而家庭網(wǎng)關(guān)是家庭內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)的連接樞紐，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖 1 所示。用戶使用手機(jī)發(fā)送家電控制短信到家庭網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過家庭網(wǎng)關(guān)的處理將其轉(zhuǎn)換為遙控器紅外指令，發(fā)送給各個(gè)分控節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器發(fā)送紅外指令對(duì)該設(shè)備進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制家電的功能。

　　圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

　　2 家庭網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

　　家庭網(wǎng)關(guān)中央處理器的選擇有多種方案，但考慮到家庭網(wǎng)關(guān)的功能、成本以及以后的升級(jí)，本課題決定采用三星公司的S3C2440A 處理器作為家庭網(wǎng)關(guān)的中央處理單元。S3C2440 主要面向手持設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用，S3C2440A 提供一組完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，從而大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本，省去了為系統(tǒng)配置額外器件的開銷，通過外擴(kuò)存儲(chǔ)器（SDRAM/Flash）、觸摸屏、短信接收模塊、遙控器自學(xué)習(xí)模塊、Zigbee 模塊來構(gòu)建家庭網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。家庭網(wǎng)關(guān)所具有的功能包括：

　　遙控器紅外指令的對(duì)碼學(xué)習(xí)、短信的接收及處理、家庭內(nèi)部網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)。

　　圖2 家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2.1 遙控器自學(xué)習(xí)模塊

　　家庭中的家電普遍采用紅外遙控設(shè)備，要控制家電就要知道所對(duì)應(yīng)的紅外遙控碼。遙控器紅外脈沖碼一般由引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)碼反碼和結(jié)果碼組成。由于各個(gè)公司生產(chǎn)的紅外編/解碼芯片采用的編/解碼方式和脈寬周期不同，導(dǎo)致了市場上的各類遙控器的功能互不兼容。為了能擁有各種遙控器的遙控功能，首先必須要正確地原樣接收并存儲(chǔ)遙控器的紅外脈沖碼，為此設(shè)計(jì)了紅外遙控接收模塊，接收遙控器的紅外指令并保存在SQlite 數(shù)據(jù)庫。
2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

　　一般紅外遙控接收電路要包括紅外接收二極管（光敏二極管）、前置放大電路、濾波器、檢波解調(diào)電路等處理電路。但是隨著技術(shù)發(fā)展，紅外接收專用集成電路逐漸被紅外接收頭所代替，紅外接收頭是一種三端集成器件，它將紅外接收二極管、前置放大電路以及解調(diào)電路等集成在同一芯片上。本設(shè)計(jì)采用紅外一體化接收頭TL538，它具有寬電壓適應(yīng)、功耗低、成本低、高接收靈敏度以及優(yōu)良的抗干擾特性，是通用接收紅外信號(hào)并解調(diào)的元件，不需要任何外接元件，就可以完成從紅外線接收到輸出TTL 電平的數(shù)字信號(hào)，目前廣泛的應(yīng)用于家用電器及玩具等各種紅外遙控和紅外接收裝置中。

　　紅外一體化接收頭接收到的紅外脈沖信號(hào)解調(diào)成合適電平的數(shù)字脈沖基帶信號(hào)，直接送到S3C2440A 的GF2 引腳進(jìn)行采集，紅外接收電路原理圖如圖3 所示。

　　圖3 紅外信號(hào)接收電路原理圖

　　2.1.2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)紅外脈沖信號(hào)的接收和存儲(chǔ)，GF2是個(gè)復(fù)用端口，要把它設(shè)置為外部中斷功能，中斷設(shè)置模式為雙沿中斷，實(shí)現(xiàn)紅外脈沖信號(hào)的接收。程序流程圖如圖 4 所示。

　　圖4 紅外接收程序流程圖

　　設(shè)計(jì)采用定時(shí)器對(duì)信號(hào)高低電平計(jì)時(shí)的方法來采集數(shù)據(jù)，TL538 在無紅外信號(hào)時(shí)一直處于高電平，當(dāng)紅外信號(hào)到來時(shí)，有一個(gè)下降沿，觸發(fā)外部中斷，系統(tǒng)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器，當(dāng)再次觸發(fā)外部中斷時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器的值，然后依次讀取計(jì)數(shù)器的值。由于一條紅外指令的長度不會(huì)超過220ms，如果采集到編碼信號(hào)的長度大于220ms，就認(rèn)為編碼采集已經(jīng)結(jié)束，觸發(fā)定時(shí)器溢出中斷，關(guān)閉定時(shí)器，計(jì)算計(jì)時(shí)器每兩個(gè)計(jì)數(shù)的差值（紅外脈沖信號(hào)的脈寬值），這樣紅外脈沖信號(hào)就被原封不動(dòng)的全部記憶。

　　為了方便調(diào)用遙控器的紅外脈沖信號(hào)，要將其接收到紅外碼保存，而保存數(shù)據(jù)就需要一個(gè)嵌入式的數(shù)據(jù)庫，在目前Linux 下常用的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中，Oracel、BIMDB 等功能強(qiáng)大，但系統(tǒng)寵大，需付費(fèi)使用，適用于大型商業(yè)型數(shù)據(jù)庫。而MysQL 在保持中等體積的情況下，提供了較為適用的功能己成為中小規(guī)模數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的首選，但商業(yè)應(yīng)用也需付費(fèi)，而且對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說空間占用仍然太大。小型數(shù)據(jù)庫msQL 適用于嵌入式系統(tǒng)，但只有30 天的使用期限，并非完全開源。而在開源的數(shù)據(jù)庫中，PostgreSQL 功能完善，但體積較大。而Berkeley DB 則是開發(fā)難度比較大。