GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分組無線服務(wù)）是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。由于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，這樣利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)無須再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，因此采用短信方式傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)應(yīng)用將越來越廣泛，這使得以短信方式傳輸控制命令成為可能。ZigBee是近發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)。由于ZigBee具有近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本等特點(diǎn)，因此適于家庭控制。

　　基于GPRS和ZigBee技術(shù)的智能家居解決方案采用以單戶家庭為單元的通信控制模式，在每一個(gè)家庭中都安裝一個(gè)主控中心（負(fù)責(zé)用戶控制信號(hào)及家電反饋信息的接收和轉(zhuǎn)發(fā)），及若干個(gè)與家電設(shè)備相連的分控終端（控制該家庭的所有電器）。主控和分控裝置由家庭總線相連，家庭總線采用ZigBee無線通信方式。此裝置便于家庭獨(dú)自管理，安全性、可靠性高。

　　1　概述

　　1.1　無線數(shù)傳模塊MC35i

　　GPRS通信模塊采用西門子公司的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊MC35i,支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信、語音和傳真業(yè)務(wù)。MC35i是新一代GSM/GPRS雙模模塊，完全兼容上一代的MC35、TC35i;采用緊湊型設(shè)計(jì)，為用戶提供了簡(jiǎn)單、內(nèi)嵌式的無線GPRS連接。MC35i的GPRS在線功能提供了快的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　1.2　IP_Link1270模塊

　　ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用赫利訊的IP_Link1270模塊。ZigBee（IEEE802.15.4）技術(shù)是近發(fā)展起來的一種近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的雙向短距離無線通信技術(shù)，被業(yè)界認(rèn)為是有可能應(yīng)用在工控場(chǎng)合的無線方式。Helicomm公司推出的IP_Link1270是ZigBee的開發(fā)工具和產(chǎn)品，包含符合802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.

　　4GHz射頻組件、低功耗的8位微控制器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件和全波長(zhǎng)天線，每次接力通信都能在75m范圍內(nèi)提供250kbps的速率；支持的RS232mesh透明串行模式，能在網(wǎng)狀或多次跳接（multihop）無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率可達(dá)38.4kbps。IP_Link1270是完全符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)與ZigBee規(guī)范的2.4GHz無線收發(fā)模塊，射頻部分使用Freescale的MC13191/13192/13193芯片，MCU使用的是Freescale公司的MC9S08GT60芯片。

　　2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　2.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

　　系統(tǒng)通過GSM手機(jī)發(fā)送短信命令來讀取三表的數(shù)據(jù)，并對(duì)室內(nèi)電燈進(jìn)行控制。分控中心可以檢測(cè)外中斷，當(dāng)有外中斷產(chǎn)生時(shí)，分控中心的蜂鳴器發(fā)出響聲，這時(shí)分控中心會(huì)主動(dòng)向用戶發(fā)送短信來提示用戶室內(nèi)有異常。

　　系統(tǒng)由主控中心與分控終端兩部分組成，如圖1所示。主控中心主要由GPRS模塊通過USB與PC機(jī)連接，ZigBee模塊IP_Link1270通過串口與PC機(jī)連接。GPRS通信模塊采用西門子公司的MC35i,負(fù)責(zé)收發(fā)短信的命令；ZigBee無線通信模塊采用赫立訊公司的IP_Link1270,負(fù)責(zé)控制分控中心的設(shè)備，來讀取三表的數(shù)值與控制室內(nèi)燈的開關(guān)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　分控終端主要由赫立訊公司的IP_Link1270、新茂公司的SM5964A單片機(jī)、天馬的128×64點(diǎn)陣的LCD液晶顯示模塊組成。LCD用于數(shù)字的電表、水表、氣表值的顯示；單片機(jī)上的鍵盤可以改變?nèi)淼闹?，通過單片機(jī)上的串口來控制IP_Link1270數(shù)據(jù)的收發(fā)，把三表值和室內(nèi)燈的開關(guān)狀態(tài)返回到主控中心。

　　系統(tǒng)的主要控制流程如下：

　　①由用戶手機(jī)發(fā)命令給MC35i模塊，MC35i收到命令后，解釋該命令。解釋完命令后發(fā)給主控中心的IP_Link1270,由該模塊把命令發(fā)給相應(yīng)的分控終端設(shè)備，分控終端設(shè)備收到命令后作出相應(yīng)的動(dòng)作。

　　②分控終端收到命令后，一是作出相應(yīng)的動(dòng)作后向上層作出應(yīng)答，二是把上層需要的數(shù)據(jù)通過IP_Link1270傳給主控中心。主控中心把收到的分控終端信息，通過MC35i以短信形式發(fā)送到用戶手機(jī)上。

　　該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

　?、偻ㄟ^GPRS模塊收發(fā)短信，控制室內(nèi)的三表和電燈開關(guān)。如果有盜竊，則可以報(bào)警并以短信的形式給房主。

　?、谕ㄟ^發(fā)送wat、gas、ele（水，氣，電）3條短信給主控中心，主控中心把這3個(gè)命令通過主控制中心的IP_Link1270發(fā)送給分控中心的IP_Link1270。分控中心收到該命令后，把當(dāng)前的三表的值，通過分控中心的IP_Link1270發(fā)送給主控中心，主控中心把收到的三表的值打包并通過短信的形式發(fā)給主機(jī)。

　?、弁ㄟ^發(fā)送L11、L21、L31打開室內(nèi)不同的三盞燈。

　　④通過發(fā)送L10、L20、L30關(guān)閉室內(nèi)不同的三盞燈。

　?、萃ㄟ^發(fā)送L1、L2、L3來查詢這三盞燈的開關(guān)狀態(tài)。

　　當(dāng)有人入室盜竊時(shí)，報(bào)警器就會(huì)報(bào)警，通過單片機(jī)的外中斷，把報(bào)警信息主動(dòng)發(fā)送給房主。

　　2.2　硬件設(shè)計(jì)原理

　　主控中心、分控中心硬件設(shè)計(jì)原理分別如圖2和圖3所示。

圖2　主控中心硬件設(shè)計(jì)原理

圖3　分控中心硬件設(shè)計(jì)原理

　　MC35i有40個(gè)引腳，其中RXD、TXD必須與ZigBee的RX、TX平行相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，CCIN（24）、CCRST（25）、CCIO（26）、CCCLK（27）、CCVCC（28）引腳分別與SIM卡的8、2、7、3和1相連，分別表示SIM卡是否置入、SIM卡復(fù)位、SIM卡數(shù)據(jù)、SIM卡時(shí)鐘、SIM卡電源。

　　分控中心SM5964A的第11、10腳TXD、RXD與ZigBee的第5、4腳TX、RX連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，第P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17引腳與鍵盤連接，通過程序控制鍵盤的操作。

　　2.3　MC35i與IP_Link1270的軟件調(diào)試設(shè)計(jì)

　　2.3.1　MC35i軟件調(diào)試設(shè)計(jì)

　　在熟悉AT指令集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)MC35i與PC機(jī)之間通信的調(diào)試、電路的調(diào)試、短信的收發(fā)和查看MC35i發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的格式。這里的上位機(jī)程序是用VB編寫的串口收發(fā)程序。

　　VB語言中MSComm控件是一個(gè)串口通信的專用控件。下面是上位機(jī)串口程序的主要代碼———響應(yīng)的On2Comm事件（這里是以二進(jìn)制數(shù)接收的）：

　　2.3.2　IP_Link1270的通信

　　下位機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)主控中心的IP_Link1270發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼后再對(duì)用戶所有的數(shù)據(jù)或要執(zhí)行的指令進(jìn)行處理；或者當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生中斷時(shí)，主動(dòng)地向用戶發(fā)送信息。

　　下位機(jī)的主要功能是通過串口采用AT指令集對(duì)IP_Link1270發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)，并對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。分控中心的IP_Link1270處理數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

圖4　分控中心的IP_Link1270處理數(shù)據(jù)流程

　　下面是判斷是否要讀取水表的數(shù)據(jù)，打包水表值，并發(fā)送的程序：

　　在兩者搭接處加入磁珠，防止互相干擾；連接電源和地的導(dǎo)線應(yīng)盡量粗一些。

　?、軕?yīng)使用一個(gè)金屬罩將射頻部分電路屏蔽起來，防止與后面的數(shù)字電路發(fā)生互相干擾。

　　3　軟件模塊設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　如圖5所示，軟件以電子地圖分析模塊及數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，包括GPS模塊、通信模塊以及顯示和聲音輸出模塊。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了各種地理數(shù)據(jù)。使用者在行動(dòng)過程中，由GPS模塊接收，分析衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)前的經(jīng)緯度、速度和方向等數(shù)值，就可以得到使用者在電子地圖上的確切位置。定時(shí)記錄位置移動(dòng)情況就可以在LCD上顯示直觀的路線圖。可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖5　軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖

　　開發(fā)過程中用到的工具主要有PlatformBuilder和EVC。PlatformBuilder生成一個(gè)面向目標(biāo)板的特定的WinCE操作系統(tǒng)。在生成Platform時(shí)，要選用正確的BSP?？梢酝ㄟ^修改AT91SAM9261DK開發(fā)板自帶的BSP包來滿足設(shè)計(jì)要求，使得BSP包的開發(fā)變得簡(jiǎn)單而快速。BSP主要包括Bootloader、OAL和驅(qū)動(dòng)程序。

　　由于篇幅有限，在這里只作簡(jiǎn)單介紹：

　?、貰ootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段程序，用于初始化硬件設(shè)備，建立系統(tǒng)內(nèi)存空間映射；而重要的就是將操作系統(tǒng)內(nèi)核映像加載到RAM中，并且把系統(tǒng)控制權(quán)交給它。在接收機(jī)手持設(shè)備系統(tǒng)中，這里可以不改。

　　②OAL（即OEM適配層）是邏輯上駐留在WinCE內(nèi)核與目標(biāo)設(shè)備之間的代碼，用于實(shí)現(xiàn)WinCE內(nèi)核與目標(biāo)設(shè)備之間的通信。這里，除了基本的初始化功能外，還另外添加了電源管理方面的函數(shù)OEMIdle和OEMPower2Off,使其基本滿足手持設(shè)備在功耗方面的要求。

　　③驅(qū)動(dòng)程序是BSP開發(fā)的重要部分，是用戶模式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DII），是一個(gè)抽象物理設(shè)備或虛擬設(shè)備的功能軟件。一般可分為內(nèi)建驅(qū)動(dòng)程序（如鍵盤驅(qū)動(dòng)程序）和流驅(qū)動(dòng)程序（如串口驅(qū)動(dòng)、DataFlash驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)等）。它們都是由設(shè)備管理器來加載的。

　　EVC開發(fā)GPS系統(tǒng)的軟件部分類似于VC中的項(xiàng)目開發(fā)。程序編好以后可以通過USB口到目標(biāo)板上進(jìn)行調(diào)試，并開發(fā)新的功能。

　　4  結(jié)語

　　GPS是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)，利用GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)來改進(jìn)交通有廣闊的應(yīng)用前景。AT91SAM9261嵌入式處理器有較高的性能，在類似方面的應(yīng)用中大有可為。

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