CN102437975A

CN102437975A - 一种基于arm9的家庭智能网关系统

Info

Publication number: CN102437975A
Application number: CN2011104102335A
Authority: CN
Inventors: 张希伟; 朱忠华; 陆郭琦
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种基于ARM9的家庭智能网关系统，包括用于实现远程通信控制的远程通信接口，用于实现近距离信息传输的家庭内网接口，以及基于ARM9的核心处理单元；其中核心处理单元通过远程通信接口接收用户终端发送的控制命令、向用户终端传输家庭内部设备信息，以及通过家庭内网接口根据控制命令控制家庭内部设备、接收家庭内部设备传输的信息。本发明通过对远程通信接口及家庭内网接口的功能化设置，并在核心处理单元ARM9的综合控制下，实现了对家庭网关，多媒体信息传输及家庭设备控制等功能上的有效整合，最大程度上方便用户对家庭设备的管理及控制。

Description

一种基于ARM9的家庭智能网关系统

技术领域

本发明涉及一种新型的智能网关系统，主要用于实现WAN与WLAN的连接，来实现家庭设备的远程控制，属于基于物联网的远程控制技术领域。

背景技术

随着社会信息化和家庭网络化的飞速发展，越来越多的家庭开始追求远程控制家电的高质量生活，家庭网关是整个家庭网络的核心，主要实现Internet接入、远程控制，以及实现协议转换连接家庭内部异构网络的功能。

目前基于PC方案的家庭网关不仅成本高，而且要求计算机一直处于开机可通信的状态，因此，更优化的家庭网关倾向于采用廉价的嵌入式CPU，但若采用8位或16位单片机，由于速度慢且资源有限，不能实现复杂的控制。

家庭网关是智能家居系统的核心部件，它实际上就是一个功能齐全的嵌入式系统。因此，以ARM9处理器作为硬件平台，家庭内部采用基于Zigbee射频技术或WiFi技术自由组织无线网络，通过移植嵌入式操作系统Linux和嵌入式TCP/IP协议，远程通信则使用远程无线通信技术（3G或GSM）实现远程控制的新型智能网关系统克服了上述的不足之处，也必将在物联网时代得到广泛地推广及使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了实现家庭网络化，提出一种智能网关系统，通过各种接口的功能化布局及ARM9的综合控制，实现了一种全新的智能化家庭网关系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于ARM9的家庭智能网关系统，包括用于实现远程通信控制的远程通信接口，用于实现近距离信息传输的家庭内网接口，以及基于ARM9的核心处理单元；其中：所述核心处理单元设置有家庭内部设备的驱动程序和扩展存储单元；所述扩展存储单元用于存储家庭内部设备传输的信息、用户终端发送的信息，以及用户指纹信息；

所述核心处理单元通过远程通信接口接收用户终端发送的控制命令、向用户终端传输家庭内部设备信息，以及通过家庭内网接口根据控制命令控制家庭内部设备、接收家庭内部设备传输的信息。

作为本发明的进一步优化方案，核心处理单元采用16/32位ARM920T的RISC处理器。

作为本发明的进一步优化方案，远程通信接口包括3G接口、GSM接口；家庭内网接口包括无线模块接口、有线模块接口；其中无线模块接口包括Zibee模块接口、WiFi模块接口，有线模块接口包括USB2.0接口、可扩展的串行RS232接口。

作为本发明的进一步优化方案，本发明还包括与所述有线模块接口连接的射频接口模块；所述射频接口模块内置高清摄像头，采用多媒体编码技术将实时捕捉的模拟数据流转换为数字多媒体信号，然后通过有线模块接口传输至核心处理单元，经核心处理单元处理后通过远程通信接口传送至用户终端。

作为本发明的进一步优化方案，所述核心处理单元还设置有作为I/O端口的USB总线控制器及串行总线控制器。

作为本发明的进一步优化方案，所述扩展存储单元为一个静态随机存储器（DDR2 SDRAM）和一个闪存（FLASH），其中静态随机存储器（DDR2 SDRAM）存储用户指纹信息。

作为本发明的进一步优化方案，本发明还包括与核心处理单元相连接的触摸屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明设计了一种智能网关系统，通过该网关系统，用户可以在室外任何地点实现对家庭各个监测点的监控，如室内温度湿度，各种家电的使用状态等，一旦出现紧急情况，如煤气泄漏，水龙头没关等，用户可在第一时间获取信息，并采取相应措施加以控制，与现有技术相比，具体具有以下优点：

1.系统设备配置成本低、功能齐全。相比于基于PC方案的家庭网关，用ARM9代替PC机，不但成本大幅下降，功能上更是能足够满足智能家居的需求；另一方面，相对于8位或者16位的单片机而言，16/32位的ARM9更显示出它快速的运算能力，更能实现复杂的控制。

2.安全可靠的通信机制，多媒体传输模式。本系统在远程通信方面的突出特点是提供多种远程通信接口，如3G接口，GMS接口。特别是3G接口的提供，相比2G技术（如GSM），3G通信技术能够更好的处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，3G技术的抗多径衰落能力也大大的高于2G技术，使得在数据传输的可靠性大幅提升；同时指纹智能识别技术的实现，更为本系统的信息安全增加了一道有力的防线。

3.系统能耗大幅降低。本发明采用ARM9处理器作为主控板，虽然和基于PC机的传统智能监控家庭网关一样，ARM9也必须处于开机可通信状态，但相比于PC机，基于ARM9的智能网关在能耗方面大大降低；另外一方面，相对于传统的智能家居监控，近距离无线传输往往采用红外，蓝牙或其他无线局域网技术，Zigbee技术或WiFi技术在能耗方面有着无可比拟的优势，特别是Zigbee技术，在能耗方面更是突出，首先Zigbee节点具有自行可调节的状态，即休眠和工作状态，从而节约能耗，另外，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。相比较，蓝牙只能工作数周，这是ZigBee的突出优势。

附图说明

图1是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统整体抽象结构图。

图2是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统的框架图。

图3是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统指纹智能识别功能图。

图4是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统远程终端发送控制信号流程图。

图5是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统家庭内网数据流回送流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明核心处理单元ARM9采用三星公司生产的S3C2440模块，该模块CPU是一个由Advanced RISC Machines有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器, 用于管理和协调各接口模块，实现不同协议之间的转换，路由选择及网络安全等功能，支持Linux，WinCE,EPOC32操作系统；有一套完整的驱动程序体系，并可以通过拨号入网的方式下载更新最新驱动程序。

本发明Zigbee接口可连接CC2430芯片；本发明WiFi接口可接marvell公司的88W8686WiFi芯片；本发明3G接口可接华为MC703芯片；本发明GSM接口可接SIM900A模块；本发明射频接口模块可用天嵌科技提供的OV9650 CAMERA 模组。下面就结合附图对发明设计思想及技术方案做详细描述。

图1是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统整体抽象结构图。如图1所示的智能网关抽样结构，该系统主要由三部分组成：核心处理单元ARM9，远程通信接口(WAN接口)，家庭内网接口(WLAN接口等)。

图2是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统的框架图，是系统的具体示意图。

如图2所示智能网关系统，其核心处理单元ARM9采用三星公司生产的S3C2440模块，该模块CPU是一个由Advanced RISC Machines有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器, 用于管理和协调各接口模块，实现不同协议之间的转换。核心处理单元还包括一个1GB的DDR2 SDRAM和一个1GB的FLASH，分别存储远程和家庭内网的信息数据，其中DDR2 SDRAM还存储有用户指纹信息，该信息为实现指纹识别及安全登录提供可靠保证。

如图2所示智能网关系统，其远程通信接口包括3G接口，GSM接口等，远程通信主要通过无线广域网（WLAN）方式实现。3G接口的实现是本发明的突出之处，相比2G技术（如GSM），3G通信技术能够更好的处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，3G技术的抗多径衰落能力也大大的高于2G技术，使得在数据传输的可靠性大幅提升。

如图2所示智能网关系统，其家庭内网接口又可分为两类，一类是有特殊功能的USB2.O或串行口232，这些接口可连接射频接口模块，能利用多媒体编码技术实时捕捉模拟数据流，再转换为数字多媒体信号通过WAN网络接口（特别是3G接口）实现对数字多媒体信息流的传输，并最终在终端上（如3G手机，PC机等）实现数字图像流的显示；另一类是小型自组无线局域网（WLAN）接口，包括Zigbee接口及WiFi接口等，用于监测家庭内部信息(如室温湿度等)或实现对家电的状态控制。

图3是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统指纹智能识别功能图。随着家庭智能网关对信息安全方面的要求不断提升，越来越多的用户希望自己的信息不会被其他用户窃取，本系统增加了一个指纹智能识别及安全登录功能，该功能保证了用户即使在丢失自己的用户终端(PC机或3G手机等)的前提下，其他用户也不可能通过该终端来登录用户的智能家庭网关系统，从而保证用户信息的安全性。

如图3所示，该功能实际上是一个指纹识别过程，当用户想通过用户终端与家庭智能网关的控制设备ARM9获得连接时，首先必须经过指纹识别环节才能顺利进行连接。用户的指纹信息存储在ARM9的扩展存储单元DDR2 SDRAM中，而指纹识别软件配置在软硬件性能相对较高的用户终端(PC机或3G等)上，具体过程如下所述：用户终端先发送一个连接请求信息，ARM9接收到该信息后就将指纹信息通过3G网络传至用户终端，当该信息与用户当前指纹输入信息一致时，用户终端再发送一个“识别成功”确认信息，并自动删除终端上的指纹信息，ARM9收到该确认信息后，用户与ARM9之间的连接就成功建立了；若指纹信息不一致时，用户终端发送一个“识别失败”确认信息，并自动删除终端上的指纹信息，ARM9收到该确认信息后，自动转入睡眠状态，连接失败。

此功能的优势在于，虽然每次指纹识别过程都是在功能强大的用户终端进行，但用户指纹信息却存储在ARM9的扩展存储单元DDR2 SDRAM中，每次指纹识别时，都先是从DDR2 SDRAM中将指纹信息传送至用户终端，再与用户当前指纹输入信息相比较，比较后，用户终端会自动删除指纹信息，确保信息不被别人获取，即使其他用户想通过破解用户终端的指纹识别软件来进入智能网关系统也是徒劳的，因为用户指纹信息全部存储在ARM9的扩展存储单元DDR2 SDRAM中，而不是智能用户终端上。该功能实现了系统的安全登录过程，保证用户信息的安全性。由于该功能对用户的软硬件性能要求比较高，所以一般将该功能设置在性能强大的用户终端上，而ARM9上仅存储最为重要的用户指纹信息。

图4是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统远程终端发送控制信号流程图，如图4所示智能网关系统，ARM9负责自动监听端口状态，当未监听到任何信号时，ARM9可处于低能耗的睡眠状态，一旦监听到信号时，立即转为工作状态，并处理相应的信号。处理信号的过程大致包括：判断接收该信号接口有无驱动（若无，则下载安装相应的驱动，协议等；若有，则接收信号），ARM9处理该信号（解析出该信号的具体内容或所要执行的控制命令），将已处理的信号传送至相应的家庭内网接口。综上所述，ARM9实际上是一台集控制、联接、处理于一身的服务器，在WAN和WLAN（或射频接口模块）之间起纽带作用。

如图4所示智能网关系统，其他外接设备先要进行初始化过程，当远程终端设备通过WAN向ARM9发送信号，ARM9处理该信号后，若该信号的信息内容为获取当前家庭内部静态或动态视图多媒体流信息，则启动射频接口模块；若该信号的信息内容为获取当前家庭内部温湿度信息或开启其他家用电器命令等时，则可以通过Zigbee或WiFi等自组WLAN节点设备来获取相应的数据信息或执行相应的操作。

图5是本发明基于ARM9的家庭智能网关系统家庭内网数据流回送流程图。如图5所示，该数据流回送过程大体上是图4所示过程的逆过程，即实现了如何将已获得的数据信息或应答信息回送至远程终端，让终端用户获取到这些信息的过程。所述数据信息包括静态或动态的视图多媒体流信息，温湿度等文本信息，所述应答信息则是对相应家电操作的确认信息，通知远端用户家电已成功开启或因故不能正常开启等信息。回送信息过程中，静态或动态视图多媒体信息一般可通过3G无线网传送至用户终端，而其他文本信息则可通过GSM方式传送。

如上所述的控制信息或其他相关信息都可用软件编程方式实现，这里就不再详细描述了。通过上述的实施方式的描述，本领域的技术人员可以很清楚的理解到本发明的实现方式，同时也能很清楚的了解本发明的设计过程。上述实例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于ARM9的家庭智能网关系统，其特征在于：包括用于实现远程通信控制的远程通信接口，用于实现近距离信息传输的家庭内网接口，以及基于ARM9的核心处理单元；其中：所述核心处理单元设置有家庭内部设备的驱动程序和扩展存储单元；所述扩展存储单元用于存储家庭内部设备传输的信息、用户终端发送的信息，以及用户指纹信息；

2.根据权利要求1所述的基于ARM9的家庭智能网关系统，其特征在于：所述核心处理单元采用16/32位ARM920T的RISC处理器。

3.根据权利要求1所述的基于ARM的智能网关系统，其特征在于：所述远程通信接口包括3G接口、GSM接口；

所述家庭内网接口包括无线模块接口、有线模块接口；其中无线模块接口包括Zibee模块接口、WiFi模块接口，有线模块接口包括USB2.0接口、可扩展的串行RS232接口。

4.根据权利要求3所述的基于ARM的智能网关系统，其特征在于：还包括与所述有线模块接口连接的射频接口模块；所述射频接口模块内置高清摄像头，采用多媒体编码技术将实时捕捉的模拟数据流转换为数字多媒体信号，然后通过有线模块接口传输至核心处理单元，经核心处理单元处理后通过远程通信接口传送至用户终端。

5.根据权利要求1所述的基于ARM的智能网关系统，其特征在于：所述核心处理单元还设置有作为I/O端口的USB总线控制器及串行总线控制器。

6.根据权利要求1所述的基于ARM的智能网关系统，其特征在于：所述扩展存储单元为一个静态随机存储器（DDR2 SDRAM）和一个闪存（FLASH），其中静态随机存储器（DDR2 SDRAM）存储用户指纹信息。

7.根据权利要求1所述的基于ARM的智能网关系统，其特征在于：还包括与核心处理单元相连接的触摸屏。