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【摘 要】本文主要设计一种以ARM为核心控制器、结合GSM网络技术、通过远程手机短信控制的智能家电控制系统方案，经验证，本系统实现了控制要求，达到了预期控制目的。
【关键词】智能家电；控制系统；设计
0.引言
伴随着科学技术的不断发展，对于远程信息的传递与控制在当今社会需求量越来越大。比如，可以通过手机运用GSM网络实现远程控制。智能家居这个概念越来越多的受到人们关注，设计一个使用方便快捷、功能稳定可靠且价格相对低廉的控制系统是实现智能家居的前提。本文所设计的系统以ARM控制器及GSM网络通信平台，结合了资源丰富且功能完善的嵌入式Linux操作系统，通过以手机发送短信的形式，很好地实现对家用电器开关的远程控制功能。
1.系统的硬件平台
本系统的硬件平台主要由用户的无线终端设备（如手机）、GSM网络、GSM模块、微处理器单元及家电设备五个部分，如图1所示。
图1 系统的硬件结构图
1.1微处理器
选用低价实用的ARM9开发板友善之臂mini2440，它采用32位ARM920T的RISC处理器S3C2440为微处理器，实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构，具有低功耗、高性能、体积小、接口多等优良特性。另有大小为128Mbyte，型号为K9F1G08的NandFlash，用于存储已调试好的嵌入式操作系统和应用程序。内存为两片外接的32Mbytes总共64Mbytes的SDRAM芯片，它们并接在一起形成32-bit的总线数据宽度，这样可以增加访问的速度。
此外，芯片自带标准RS232接口的串口，可以用于与其它模块的通信；USB接口可以烧写Linux系统的相关程序；JTAG接口用于仿真调试程序；LCD显示屏可以显示信息。丰富的硬件资源 ，可简化外围设备与微处理器的硬件连接程度，提高系统的稳定性、可靠性。
1.2 GSM 模块
采用西门子公司的新一代无线通信GSM模块TC35i，它支持短消息、数据、语音传输等业务。模块可以工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V。模块一般采用串行异步通信接口，波特率通常为9600bps，支持TXT和PDU模式的短消息，具有AT 命令集接口，可以很方便的进行数据传输。此外，模块上有RS232接口、SIM卡接口、电源接口等，使之更加适用于嵌入式系统。先用RS232串口线将电脑与ARM的UART接口0连接，用超级终端进行调试，再将电脑与GSM模块相连用串口调试助手进行测试，看能否实现通信。由于串口线的分直连和和交叉两种，所以都要准备。当调试成功后，将TC35i与ARM的UART接口1进行硬件连接，对系统上电复位后，设置好ARM的串口和工作频率，对GSM模块进行初有始化，然后设置服务中心号码和目标号码，就能完成与用户的短信收发功能。
2.系统的软件平台
本设计的智能家居是以ARM微处理器作为控制中心的，系统软件平台的操作系统采用嵌入式Linux系统，所以软件设计主要包括嵌入式Linux操作系统移植和系统上应用程序的设计。
2.1 Linux 系统的移植
嵌入式Linux系统转移到ARM上，主要有三大部分：（1）Bootloader部分，也就是引导程序设计，一般都有现成的移植程序，如U-boot；（2）Linux内核，通过修改内核源代码以及内核的剪裁，编译等；（3）制作文件系统。
2.1.1 Bootloader的移植
作为嵌入式系统软件的最底层，Bootloader是上电后启动运行的第一个程序，它类似于PC机上的BIOS程序功能，主要负责整个硬件系统的初始化和软件系统启动的准备工作。U-boot是德国DENX小组开发用于支持多种嵌入式CPU的Bootloader程序，可以直接支持基于ARM 2440的嵌入式平台，移植工作主要是修改一些与硬件相关的smdk2440.h，flash.c，s3c2440.c，makefile等文件。完成文件修改后，就可以用安装好的交叉编译器arm-linux-gcc-进行交叉编译，生成U-boot.bin文件，然后通过JTAG接口烧写到flash中就可以从NADA flash启动了。
2.1.2配置和编译Linux系统内核
由于开发板是ARM处理器架构，所以必须确保根目录中makefile里“ARCH”的值已设定了开发板的类型，接下来进行内核配置，最常用的配制方法是在源码相应目录下执行“make menuconfig”，进入基于文本选单的配置界面，可对内核进行裁剪。裁剪完后即可编译内核，主要通过建立内核依赖关系，创建内核映像文件及创建内核模块三部分编译，执行make up指令，生成内核映像文件“zImage”。最后，将内核压缩文件下载到开发板上运行。
2.1.3制作文件系统
加载根文件系统是Linux系统启动中不可或缺的一部分，否则系统在进行了一些初始化工作后，就不能正常启动。因此，可以先用busybox软件工具构建cramfs文件系统，然后用工具mkcramfs制作cramfs映像文件，最后将新创建的new.cramfs映像文件烧入到开发板的相应位置即可。
2.2应用程序的设计
控制中心的应用程序包括串口和GSM模块的初始化，短信的收发，控制命令的定义，短信内容的解析及命令的执行。其中最主要的是短信的发送和接收，它是使用AT指令通过串口与TC35i通信，读取和发送短信，对外设做出控制动作。和本系统有关用于发送和接收短信的AT指令如表1所示。
短消息的格式一般有PDU和TXT两种，我们要发送中文短信，所以通过发送AT+CMGF=O指令选择PDU短信模式，采用UCS2的编码方式对发送的中文短信内容进行编码。程序的流程图如图2所示。
3.结语
本设计通过ARM9芯片控制GSM模块，利用GSM通信网络发送短信的形式对家用电器进行控制，既方便又安全。同时移植了实时性好，稳定性高的嵌入式Linux操作系统，从而一改以往体积庞大，高成本的系统。相信随着通信事业的发展，基于ARM和GSM的短信息家电远程控制系统会有更广阔的应用前景。
【参考文献】
[1]孙德辉，卫革，杨扬.基于ARM的GPRS远程数据传输系统的设计[J].自动化技术与应用，2010（07）.
[2]董翠英，顾文彪.基于ARM与GSM的智能家居控制器设计[J].唐山学院学报，2010（03）.
[3]李潍，张文锦.基于GSM和ARM9远程控制模块的设计方法[J].仪器仪表与分析监测，2009（01）.
[4]王钰栋，尹洪胜，刘晶晶，石小春.基于GSM的远程家居监控系统的設计[J].淮阴工学院学报，2011（01）.
【关键词】智能家电；控制系统；设计
0.引言
伴随着科学技术的不断发展，对于远程信息的传递与控制在当今社会需求量越来越大。比如，可以通过手机运用GSM网络实现远程控制。智能家居这个概念越来越多的受到人们关注，设计一个使用方便快捷、功能稳定可靠且价格相对低廉的控制系统是实现智能家居的前提。本文所设计的系统以ARM控制器及GSM网络通信平台，结合了资源丰富且功能完善的嵌入式Linux操作系统，通过以手机发送短信的形式，很好地实现对家用电器开关的远程控制功能。
1.系统的硬件平台
本系统的硬件平台主要由用户的无线终端设备（如手机）、GSM网络、GSM模块、微处理器单元及家电设备五个部分，如图1所示。
图1 系统的硬件结构图
1.1微处理器
选用低价实用的ARM9开发板友善之臂mini2440，它采用32位ARM920T的RISC处理器S3C2440为微处理器，实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构，具有低功耗、高性能、体积小、接口多等优良特性。另有大小为128Mbyte，型号为K9F1G08的NandFlash，用于存储已调试好的嵌入式操作系统和应用程序。内存为两片外接的32Mbytes总共64Mbytes的SDRAM芯片，它们并接在一起形成32-bit的总线数据宽度，这样可以增加访问的速度。
此外，芯片自带标准RS232接口的串口，可以用于与其它模块的通信；USB接口可以烧写Linux系统的相关程序；JTAG接口用于仿真调试程序；LCD显示屏可以显示信息。丰富的硬件资源 ，可简化外围设备与微处理器的硬件连接程度，提高系统的稳定性、可靠性。
1.2 GSM 模块
采用西门子公司的新一代无线通信GSM模块TC35i，它支持短消息、数据、语音传输等业务。模块可以工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V。模块一般采用串行异步通信接口，波特率通常为9600bps，支持TXT和PDU模式的短消息，具有AT 命令集接口，可以很方便的进行数据传输。此外，模块上有RS232接口、SIM卡接口、电源接口等，使之更加适用于嵌入式系统。先用RS232串口线将电脑与ARM的UART接口0连接，用超级终端进行调试，再将电脑与GSM模块相连用串口调试助手进行测试，看能否实现通信。由于串口线的分直连和和交叉两种，所以都要准备。当调试成功后，将TC35i与ARM的UART接口1进行硬件连接，对系统上电复位后，设置好ARM的串口和工作频率，对GSM模块进行初有始化，然后设置服务中心号码和目标号码，就能完成与用户的短信收发功能。
2.系统的软件平台
本设计的智能家居是以ARM微处理器作为控制中心的，系统软件平台的操作系统采用嵌入式Linux系统，所以软件设计主要包括嵌入式Linux操作系统移植和系统上应用程序的设计。
2.1 Linux 系统的移植
嵌入式Linux系统转移到ARM上，主要有三大部分：（1）Bootloader部分，也就是引导程序设计，一般都有现成的移植程序，如U-boot；（2）Linux内核，通过修改内核源代码以及内核的剪裁，编译等；（3）制作文件系统。
2.1.1 Bootloader的移植
作为嵌入式系统软件的最底层，Bootloader是上电后启动运行的第一个程序，它类似于PC机上的BIOS程序功能，主要负责整个硬件系统的初始化和软件系统启动的准备工作。U-boot是德国DENX小组开发用于支持多种嵌入式CPU的Bootloader程序，可以直接支持基于ARM 2440的嵌入式平台，移植工作主要是修改一些与硬件相关的smdk2440.h，flash.c，s3c2440.c，makefile等文件。完成文件修改后，就可以用安装好的交叉编译器arm-linux-gcc-进行交叉编译，生成U-boot.bin文件，然后通过JTAG接口烧写到flash中就可以从NADA flash启动了。
2.1.2配置和编译Linux系统内核
由于开发板是ARM处理器架构，所以必须确保根目录中makefile里“ARCH”的值已设定了开发板的类型，接下来进行内核配置，最常用的配制方法是在源码相应目录下执行“make menuconfig”，进入基于文本选单的配置界面，可对内核进行裁剪。裁剪完后即可编译内核，主要通过建立内核依赖关系，创建内核映像文件及创建内核模块三部分编译，执行make up指令，生成内核映像文件“zImage”。最后，将内核压缩文件下载到开发板上运行。
2.1.3制作文件系统
加载根文件系统是Linux系统启动中不可或缺的一部分，否则系统在进行了一些初始化工作后，就不能正常启动。因此，可以先用busybox软件工具构建cramfs文件系统，然后用工具mkcramfs制作cramfs映像文件，最后将新创建的new.cramfs映像文件烧入到开发板的相应位置即可。
2.2应用程序的设计
控制中心的应用程序包括串口和GSM模块的初始化，短信的收发，控制命令的定义，短信内容的解析及命令的执行。其中最主要的是短信的发送和接收，它是使用AT指令通过串口与TC35i通信，读取和发送短信，对外设做出控制动作。和本系统有关用于发送和接收短信的AT指令如表1所示。
短消息的格式一般有PDU和TXT两种，我们要发送中文短信，所以通过发送AT+CMGF=O指令选择PDU短信模式，采用UCS2的编码方式对发送的中文短信内容进行编码。程序的流程图如图2所示。
3.结语
本设计通过ARM9芯片控制GSM模块，利用GSM通信网络发送短信的形式对家用电器进行控制，既方便又安全。同时移植了实时性好，稳定性高的嵌入式Linux操作系统，从而一改以往体积庞大，高成本的系统。相信随着通信事业的发展，基于ARM和GSM的短信息家电远程控制系统会有更广阔的应用前景。
【参考文献】
[1]孙德辉，卫革，杨扬.基于ARM的GPRS远程数据传输系统的设计[J].自动化技术与应用，2010（07）.
[2]董翠英，顾文彪.基于ARM与GSM的智能家居控制器设计[J].唐山学院学报，2010（03）.
[3]李潍，张文锦.基于GSM和ARM9远程控制模块的设计方法[J].仪器仪表与分析监测，2009（01）.
[4]王钰栋，尹洪胜，刘晶晶，石小春.基于GSM的远程家居监控系统的設计[J].淮阴工学院学报，2011（01）.