第３０卷第９期２０１０年９月

文章编号：１００１—９０８１（２０１０）０９—２５４１—０４

计算机应用

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

Ｖ０１．３０Ｎｏ．９

Ｓｅｐ．２０１０

基于ＡＲＭ９的嵌入式无线智能家居网关设计

满

莎１，杨恢先２，彭友２，王绪四２

（１．湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭４１１１０５；２．湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭４１１１０５）

（ｓｓ０４０８＠１６３．ｃｏｎ）

摘要：针对传统智能家居系统中多种无线通信技术之间互联的困扰，设计了一个新的两种无线通信技术直连的智能家居网关。该网关以ＡＲＭ９２０Ｔ嵌入式处理器￥３Ｃ２４４０Ａ为核心，ＡＲＭＬｉｎｕｘ为实时操作系统，采用新兴的Ｚｉｇｂｅｅ与Ｗｉ—Ｆｉ融合的通信技术，以满足家庭远程监控、家庭安防和家电控制的个性化需求。在ＡＲＭ９处理器上构建嵌入式Ｗｅｂ服务器，通过扩展ｗｉ—Ｆｉ模块与Ｚｉｇｂｅｅ模块实现家庭内部无线网络的建立以及与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的连接，并给出了硬件组成结构和软件实现流程。实验结果表明，该网关在丢包率与时间响应方面优于有线网关和ｗｉ—Ｆｉ一蓝牙网关，适合在智能家居系统中应用。

关键词：Ｚｉｇｂｅｅ；Ｗｉ—Ｆｉ；￥３Ｃ２４４０Ａ；Ｗｅｂ服务器；智能家居中图分类号：ＴＰ３９３．０２

文献标志码：Ａ

ｏｎ

Ｄｅｓｉｇｎｏｆ

ｅｍｂｅｄｄｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｍａｒｔｈｏｍｅｇａｔｅｗａｙｂａｓｅｄ

ＭＡＮＳｈａｌ．ＹＡＮＧＨｕｉ—ｘｉａｎ２．ＰＥＮＧＹｏｕ２．ＷＡＮＧＸｕ－ｓｉ２

ＡＲＭ９

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ

Ｈｕｎａｎ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｆａｃｕｌｔｙ＂ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ

ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ

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ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ

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ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｉｓｇａｔｅｗａｙｗａｓｂａｓｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

ＡＲＭ９２０Ｔｅｍｂｅｄｄｅｄｐｒｏｃｅｓｓｏｒ￥３Ｃ２４４０Ａ，ＡＲＭＬｉｎｕｘ

ａｎｄ

ｎｅｗｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｃｏｍｂｉｎｉｎｇＺｉｇｂｅｅａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓ—Ｆｉｄｅｌｉｔｙ（Ｗｉ—Ｆｉ），ｗａｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｉｇｂｅｅ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓ—Ｆｉｄｅｌｉｔｙ（Ｗｉ—Ｆｉ）；￥３Ｃ２４４０Ａ；Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ；ｓｍａｒｔｈｏｍｅ

０

引言

随着人们生活水平的提高以及计算机技术、通信技术和

可以直接进入家庭网关，实现对家电设备的远程监控和智能控制。系统中家庭网关为Ｗｉ—Ｆｉ－－ＺｉｇＢｅｅ的Ｗｅｂ服务器，它是ＺｉｇＢｅｅ协议、ｗｉ—Ｆｉ协议和以太网之间的转换接口，并负责建立和管理无线传感器网络以及实现外网的通信连接。１

网络技术的发展，智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向。智能家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境，而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。在智能家居系统中，采用无线网络技术可以提供更大的灵活性、流动性，更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，将无线网络技术应用于家庭网络已经成为主流趋势。

Ｚｉｇｂｅｅ作为一种新兴的无线通信技术，其低速率、低成本、低功耗、自配置和灵活的网络结构，非常适合于家庭内部组网。而Ｗｉ—Ｆｉ作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，在智能家居中采用ｗｉ—Ｆｉ技术使得家庭内部网络与Ｉｎｔｅｍｅｔ连接更加便捷，通过一台Ｗｉ—Ｆｉ的手持终端设备就

收稿日期：２０１０—０３—１７；修回日期：２０１０—０５—１９。

网关总体设计和工作流程

系统主要包括ＡＲＭ９处理器￥３Ｃ２４４０Ａ（家庭网关）、

Ｚｉｇｂｅｅ模块（协调器）、ｗｉ—Ｆｉ模块、Ｚｉｇｂｅｅ终端设备（如红外探测器、门磁开关和火灾探测器和烟感燃气探测器等），其结构如图１所示。在ＡＲＭ９处理器中移植Ｗｅｂ服务器Ｂｏａ作为家庭网关，负责对整个智能家居设备的管理以及远程监控。由于智能家居中许多家电设备都是通过Ｚｉｇｂｅｅ无线传感网络来工作的，因此必须在处理器中保存数据并对Ｚｉｇｂｅｅ无线传感网络进行数据融合处理，协调器负责家庭内部Ｚｉｇｂｅｅ网络的管理与控制。Ｗｉ—Ｆｉ模块用来传输大容量信息，通过无线访问节点（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ，ＡＰ）路由器与以太网连接，实现家

基金项目：海南省自然科学基金资助项目（６０８９７）；海南省教育厅项目（Ｈｊ２００９—１３５）。

作者简介：满莎（１９８３一），女（苗族），湖南长沙人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统、智能信息处理、智能控制；杨恢先（１９６４一），男，湖南益阳人，教授，主要研究方向：嵌入式系统、图形图像处理；彭友（１９８３一），男，湖南宁乡人，硕士研究生，主要研究方向：数字信号处理；

万方数据王绪四（１９８６一），男，湖南岳阳人，硕士研究生，主要研究方向：图像处理、模式识别。