［收稿日期］2013-07-09 ［作者简介］ 吴艳红（ 1979-） ，女，福建龙岩人，漳州职业技术学院电子工程系讲师。
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钦州学院学报
第 28 卷
品方面。 2． 2 嵌入式网关［4］
硬件系统采用嵌入式的三星 S3C2440A 微处 理器的设计方案，将该处理器作为主控制器。网 关由 USB 摄像头、3G 模块、ZigBee 无线模块、LCD 等部分构成，智能家居网关的系统结构［5 － 7］如图 2。为了 实 现 模 块 重 用 和 即 插 即 用 ，需 要 完 成 CH372 在 linux 下的驱动问题。ZigBee 无线接口 管理模块是基于 CH372 的，它与家庭无线自组织 网络通过连接 USB 接口实现通信，实现从外网转 换到内网的自组织网络协议。
图 3 不同软件模块之间的工作过程图
图 4 （ a） 以太网通信 模块流程
（ b） 以太网通信 模块发送流程
3． 1． 3 GSM 通信模块 该模块在完成接收和发送短信的任务时，要
先转换短信格式以使 SIM300 短信模块通过 AT 指令控制信息，完成 GSM 短消息的收发功能。这 个模块实现与 SIM300 短信模块的通信同样通过 串口（ 如 LPC2378 的 UAＲTO 接口） 来实现。从串 口读取有短信内容的 AT 信息，根据格式转换后 获取的短消息内容，由事件操作块 ECB 发送给其 他任务指令，以上是短信接收任务的工作。而通 过串口，将有其他任务发送的已经转换 TA 信息 格式的文本，发送到 SIM300 模块上则是短信接收 任务的工作。
该模块通过 C 语言编写以太网接口的 TCP / IP 协议，以 TCP / IP 协议的网络通信功能为基础， 直 接 运 用 于 以 太 网 通 信 的 实 现，这 一 协 议 由 AＲP、UDP、TCP、IP 协 议 组 成，通 信 时 则 要 标 注 TCP / IP 协议的类别。在以太网通信模块中有不 同的协议层次结构，因此该模块可以分为以下三 个任务： 建立 socket 套接字任务、TCP 包处理任务 和 UDP 包处理任务。任务的工作流程图如图 4 （ a） 、（ b） 。
［关键词］ ZigBee； 网关； 硬件； 软件
［中图分类号］ TN919． 6 － 34
［文献标识码］ A ［文章编号］ 1673-8314（ 2013） 08-0017-03
智能家居网络［1］的构建如果是基于采用 ZigBee 技术和无线传感器网络相结合而完成的，那 么它可以在家电监控、家居安防、智能调节温度以 及自动调节灯光［2］等方面有很好的应用。传统的 智能家居系统目前主要用在一些高档社区，而普 通用户还比较少，原因是现有的智能家居的有线 设计使得系统结构相对复杂，遇到用户需要改变 位置时，网络的自适应调整能力差。而 ZigBee 技 术是一种 新 兴 无 线 通 讯 技 术，具 有 近 距 离、低 成 本、低功耗、低速率的优点，符合 IEEE 802． 15． 4 的标准，相比于传统的有线设计，更加符合家庭网 络应用的要求。
图 2 智能家居网关系统结构
3 软件实现
网关的软件设计可以通过不同的模块实现， 包括： 传感器数据接收模块，触摸屏指示收发模 块，电器控制指令传输模块，网络通信模块，GSM 通信模块。其中不同的模块有着不同的功能，每 个模块可以分为多个有简单功能的任务。不同软 件模块之间的工作过程如图 3 所示。网关设计 中应用层的设计与开发是大部分软件平台研究 的重点，而 应 用 层 的 实 现 意 味 着 网 关 主 要 功 能 的实现。
设备，网络结构示意图如图 1。数据库服务器和 网关之间是以 TCP / IP 协议为基础的，ZigBee 无线 网络与网关直接连接到串行端口。
图 1 网络结构示意图
2 硬件设计
2． 1 网关的硬件平台 网关节点的硬件平台是采用飞凌 FL － 2440
AＲM 开发板实 现 的。FL － 2440 开 发 板 的 优 点 是接口 多 样、功 耗 低、体 积 小 以 及 性 能 稳 定 可 靠。采用 三 星 S3C2440A［3］微 处 理 器 能 降 低 系 统 的 整 体 成 本 ，不 需 要 配 置 另 外 的 组 件 ，自 身 就 能提 供 一 组 功 能 齐 全 的 通 用 的 外 围 设 备。 S3C2440A 微处理器明显的特征是有着 16 / 32 位 AＲM920T 的 ＲISC 核心处理器，它具有 16KB 的数据缓存和 16KB 指令缓存，实现了 Harvard、 MMU 与 AMBA BUS 的 高 速 缓 冲 系 统 架 构。因 为具有完善的内部 MMU（ 内存处理单元） 性能， S3C2440A 微处 理 器 可 以 用 在 设 计 手 持 移 动 产
当从串口调试软件发送一个“66 0B 00 05 00 0000 5DBB”的串口帧时，网关会发送一个“66 0B 04 00 5CBB”的有相同序号的确认帧； 而在 socket 调试软件中，收到了“66 05 00 00 00 BB”对应的 socket 帧。
通过这两步的测试，显示网关实现了数据的
图 6 温度的数据采集显示
4 小结
图 5 网关的测试图
3． 2． 1 socket 发送 IP 地址为 192． 168． 0． 15 的网关连接上作为
服务端的 socket 调试软件后，令一个 socket 帧" 66 05 00 00 00 BB" 通过服务器端来发送； 而在串口 调试软 件 中，重 复 收 到 3 次“66 1A00 05 00 00 004C BB”的串口帧。原因是当网关不能收到确 认帧时便会重发此帧，而串口调试软件是不能发 送确认帧的。 3． 2． 2 串口发送
网关节点不仅应用于智能家居系统方面，还 可以应用在医疗监控、农业环境信息监控和其他 的新兴无线网络方面。本文提出了一种以智能家 居系统为基础的集成网关节点的设计实现方案， 该设计方案为了使用户可以快速，方便地查询每 个节点的智能家居控制系统的实时状况，以具有 高稳定性、高性价比的 AＲM920T 的 ＲISC 处理芯 片 S3C2440A 为核心，扩展 USB 摄像头，ZigBee 无 线通信模块等来构建智能家居网关的硬件平台， 该设计方案可以在以太网、GSM 通信两种通信方 式下实现监控终端和智能家居无线网络的连接。
参考文献
［1］ 智能家居将成为物联网初级阶段最庞大的产业［J］． 金卡工
程，2011，（ 10） ．
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Integration andTransfer of College Knowledge and Field Experience
———the Pre － vocational Cultivation of Chinese Teacher of Primary School LI Ｒon － ying
由一个相对独立的任务就能完成该模块的功 能，比如门锁的开关、室内光强度的控制、窗帘的 开关等。此过程是通过 ZigBee 无线模块发送指 令信息到对应的电气设备中实现控制的。所以首 先应由 其 他 任 务 发 送 操 作 指 令 到 事 件 控 制 块 ECB，然后进行 ZigBee 传感器网络传输格式的转 换。 3． 2 测试与结果
网关要实现数据的转发，必须在 socket 调试 软件和串口调试软件时，都能收到相互之间发送 的数据。网关的测试图如图 5 所示，在 PC 机上， 可以进行串口调试软件模拟协调器和 socket 调试 软件模拟数据库服务器的运行。
正确转发。接下来，将服务端地址设置为嵌入式 开发板无线拨号上网成功后所分配的地址，家居 系统的服务端接好 PC 机及摄像头，用户端开始 运行程序进行数据的采集，经测试 PC 机能收到 家居的相关数据如温度数据，如图 6 所示，同时摄 像头能成功采集室内的相关图像信息，进行家居 系统的监控和调节。
第8 期
吴艳红： 基于 ZigBee 智能家居系统的网关设计方案
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3． 1． 4 触摸屏指示收发模块 该模块能在触摸屏上发出文字和图形指令，
主要通过 LPC2378 处理器 UAＲT2 端口的串口与 其相联接，以便接收触摸屏的指令代码。触摸屏 分辨率指令收发模块由两个任务组成： （ 1） 收到 来自触摸屏的输入代码后，事件操作模块将输入 代码转换输出对应的数据操作指令； （ 2） 输出数 据指令包括每个字符的呈现数据、呈现格式和呈 现位置，这些都由触摸屏显示出来。 3． 1． 5 电气控制指令传输模块
3． 1 网关各模块的实现 3． 1． 1 传感器数据接收模块
此 模 块 的 数 据 接 收 是 串 行 通 信 的，由 与 CC2530 无线模 块 相 连 接 的 串 口，即 LPC2378 处 理器 UAＲT3 端口完成传感器网络的数据采集，包 括数据的接收、数据类型的划分以及由事件操作 块 ECB 传输数据给其他的任务。 3． 1． 2 以太网通信模块
1 网关节点的功能分析
该网关主要完成以下两个功能： （ 1） 为了对 家庭室内电器设备或家居的实时状况进行远程监 控，以 ZigBee 技术为基础构建家庭无线网络，实 现家庭内部网络与互联网或移动网 络 的 连 接； （ 2） 用户可以通过家用电脑或手机实现对智能家 居系统的控制。提出的方案关键在于这个无线异 构网络融合网关应该是具有多个网络接入功能的
（ 漳州职业技术学院 电子工程系，福建 漳州 363000）
［摘 要］ 为了实现智能家居系统的集成网关，提出了基于 AＲM920T 的 ＲISC 处理器和 ZigBee 技术的设
计方案，重点介绍了该网关的硬件设计和软件实现。同时阐述了通过以太网，GSM 这两种通信方式实现智能家
居无线网络和移动电话、PC 机等终端之间的可靠的数据传输。
第 28 卷 第 8 期
钦州学院学报
2013 年 8 月
Vol． 28 No． 8