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作为物联网领域的一个重要应用,智能家居已成为当前研究的一个热点。传统的智能家居控制系统以PC作为主控核心,以有线方式进行组网,由此带来的高成本、高能耗、安装困难、扩展不易等一系列问题制约着智能家居行业的发展。本文提出了一种基于ARM和ZigBee的智能家居控制系统设计方案,对其关键技术进行了研究。 本文首先介绍了课题的研究背景、国内外研究现状以及目前尚存在的问题,对智能家居控制系统的需求进行了分析。在此基础上,以低成本、低功耗、易扩展为设计目标,提出了本系统的总体设计方案。该系统由嵌入式家庭网关、家庭内网和家庭外网三个部分组成,以嵌入式微处理器ARM作为家庭网关的核心,运行嵌入式Linux操作系统,采用新兴的近距离无线通信技术ZigBee组建家庭内网,通过GSM模块和嵌入式Web服务器实现智能家居与外界的信息交互。对系统中所用到的嵌入式系统相关技术进行了详细的介绍,对ZigBee无线组网技术进行了较为深入的研究。 其次,按照总体设计方案,在对比分析的基础上,以三星公司的S3C2440微处理器作为系统硬件的核心,选用TI公司的CC2530芯片组建家庭内网,完成了温度采集节点、红外探测节点、烟雾探测节点、灯光控制节点以及GSM模块接口电路的设计。详细介绍了系统软件运行平台的建立方法,包括u-boot的移植、Linux内核的移植、根文件系统的制作以及嵌入式Web服务器的构建。 最后,对基于ZStack协议栈的ZigBee应用程序开发进行了较为深入的研究,设计了智能家居控制系统中的应用程序,包括S3C2440串口通信应用程序、ZigBee网络协调器应用程序、ZigBee节点应用程序、嵌入式Web CGI应用程序以及智能家居控制系统Web页面。测试结果表明,ZigBee网络中的传感器数据采集及无线传输工作正常,有障碍环境下的有效通信距离可达25米左右,符合智能家居控制系统的设计要求;通过Web页面可以实时监测家居环境状况,并可实现灯光的远程控制;当家居环境异常时,预设手机可以收到报警信息。系统运行正常,实现了预期的设计目标。