基于GPRS网络和嵌入式操作系统的智能家居监控系统（软件部分）.doc

毕业设计说明书（论文） 毕业设计说明书（论文） 作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 通信工程 题 目：基于GPRS网络和嵌入式操作系统的智能家居监控系统（软件部分） 指导者： 教授 评阅者： 2010 年 6 月 2 摘 要物联网是继计算机、互联网和移动通信之后新一轮信息技术的革命，是将物体通过传感设备、通信手段实现全面互联的网络，包括物与物之间的互联互通，也包括人与物之间的互联互通。智能家居系统可以将相对独立的电器产品“智能”地连接在一起，提供全方位信息交换功能，帮助家庭内部及外部实现信息畅通，从而优化生活环境，提高生活质量。本文提出了一种基于GPRS网络和嵌入式操作系统为基础的家庭网络无线接入方案，能通过手机对家居进行远程监测和控制，实时获得当前图像信息和家居环境的各项物理参数。调研了国内外智能化家居系统的研究现状和发展趋势，并结合目前国内智能家居的发展特点，设计了基于ARM的智能家居监控系统。在设计中选用了 ARMS3C2410处理器和嵌入式Windows CE操作系统，主要由基于ARM的主控模块、GPRS短信发送模块两部分组成。本文完成了智能家居监控系统的硬件设计和软件设计，并进行了调试，验证了所设计系统的有效性和实用性。实验结果表明提出的监控系统设计方法是可行的，且整个系统具有良好的通用性和可扩展性。由于采用Windows CE作为嵌入式操作系统，符合嵌入式的发展潮流，方便了在该设计的基础上进行二次开发和扩展。 关键词：智能家居,嵌入式Windows CE,ARM S3C2410，GPRSABSTRACTInternet of Things is the next technology of computer, the Internet and mobile communications, and the new round of information technology revolution which is the object through the sensing equipment, communication means to achieve full interconnection of networks, including materials and interoperability between objects , and slso including the interconnection between people and objects.It has drawn more and more attention to build a hannonious and comfortable home environment， using the latest achievement in the information industry. In this Paper,the home gateway wireless aeeess Program was based on GRPS networks，ARM， and embedded Windows CE operating system.lt can be controlled through mobile Phones hortmessage, and it can provid real-time access to current information of images and physieal parameters of the home environment. A lot of research has been done to know the status and development trend at home and abroad. Combined with current development of smart-home features, a smart-home monitoring and controlling system based on embedded system has been designed. S3C2410 development board based on ARM9 processor and embedded Windows CE operating system was chosen in this design.The design contains the ARM control module and GPRS module. The system hardware and software have been designed,and have been debugged,in order to verify the effectiveness and practicality of the system.Results show that the design is feasible,and the whole system has good versatility and scalability.Because of the using of Windows CE as an embedded operating system,which is in line with the development trend of embedded system,it will be convinent to make a second development and expansion in the hardware platform.KEYWORDS:SmartHome，ARM，Embedded Windows CE,GPRS目录第一章 绪论11.1研究背景11.2智能家居系统的发展现状和趋势11.3课题研究开发意义41.4论文组织结构5第二章 GPRS技术及模块指令62.1 GPRS技术主要特点62.1.1 GPRS网络总体结构82.1.2 GPRS协议92.1.3 GPRS的路由管理102.2 Q2406AGPRS模块的介绍122.3 GPRS通信模块的AT指令132.4 AT指令的测试14第三章 系统方案设计173.1智能家居系统设计173.1.1系统结构组成183.1.2功能分析183.2嵌入式系统选用方案193.2.1嵌入式系统概述及其特征193.2.2 S3C2410微处理器21第四章 嵌入式Windows CE系统的构建224.1嵌入式操作系统的选择224.2 Windows CE的特点244.3 基于Windows CE的嵌入式系统开发流程264.3.1 硬件设计264.3.2 Windows CE的运行274.3.3 定制操作系统274.3.4应用程序开发274.4 Windows CE系统的定制和移植274.4.1 BSP的开发274.4.2 使用PB定制Windows CE内核镜像304.4.3 Windows CE系统的移植30第五章 系统软件设计315.1 GPRS通信模块的设计315.1.1EVC安装及使用325.1.2 安装SDK335.1.3 Microsoft ActiveSync335.2 通信软件的设计345.3软件程序代码及分析37第六章 安装调试与实验结果426.1 实验箱简介426.2 安装调试步骤43第七章 总结与展望45致谢46参考文献47第一章 绪论1.1研究背景 随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，城乡居民的消费观念有了较大的改变。人们不再满足于的吃饱穿暖，而是追求更多物质和精神方面的享受。智能家居或称智能住宅。住宅智能化是人类住宅的又一场新的革命，它能大大改变人们的生活方式、工作方式。所以现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境，更加轻松、有序、高效的现代生活方式，作为一个理想的目标来永恒的追求。智能家居以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，利用先进的通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的居住生活环境空间。智能家居在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。它不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电（如空调、热水器等）控制、照明控制、防盗报警、定时控制及计算机控制等。1.2智能家居系统的发展现状和趋势家庭智能系统，也被称为智能家居系统（Smart Home System），在国外已经获得了长足地发展。自世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅迪格州出现后,美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家和地区先后提出了各种智能家居方案。近年来计算机、自动控制和通信技术的发展,己经深刻地改变了人们的工作方式,极大地提高了企业的生产效率,为社会创造了巨大的财富,相比之下带给个人和家庭生活的好处却十分有限,传统的居家方式并没有因信息时代的到来而产生多大变化。家电产品种类日益增多,分散控制给人们带来了极大的不便,作为社会组成的基本单元-家庭，几乎成为信息时代的孤岛。在这样的背景下,人们开始关注居住环境,注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适,如何有效地在家居环境里组建家庭信息网络,将各种家电产品结合成一个有机整体,以实现对各种家电设备的集中或并通过它对家电设备进行集中或异地的智能化控制与管理,更好地为人们提供家居环境的各类信息,为开发网化、智能化、数字化的新型住宅提供必要的软硬件支持。（1）智能家居发展现状目前，美国则有近4万户家庭安装了这类系统，在新加坡有近30个社区的近5000户家庭采用了这种家庭智能化系统。美国智能家居行业的专业顾问公司一份统计资料显示:在1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000-9000美元之间，而目前的费用则己经大大降低。预计在今后的4年内，家庭自动化市场的年平均增长率为8%。同国外相比，我国对智能家居和家庭网络等相关产品的研制起步较晚。但是政府部门在政策和标准等方面，不断加大扶持力度，指导行业发展。目前，建设部批准建立7个普及型网络社区，北京市己经计划建设30个网络社区，总户数将达3万户。按照建设部的要求，到2010年，大中城市60%的住宅要实现智能化。我国将住宅小区智能化定义为:利用4C(即计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。（2）智能家居系统发展趋势家庭是信息社会的基本单元，是信息家庭的立足点和着眼点。未来的家庭中，各种信息家电将组成一个家庭局域网，并通过家庭网关接入互联网。家庭网络的发展势必会受到现代控制技术、计算机技术及通讯网络技术飞速发展的影响。其发展趋势主要有:l 基于控制器的智能家庭网络基于控制器的家庭网络符合当前多数家庭的实际情况，可以解决当前家庭中大量存在的传统家电设备的互联问题，同时通过电话线实现对PSTN的拨号接入，可完成数据远传和异地控制。这种方式具有很大的市场价值和广阔的应用前景。l 基于家用电脑的智能家庭网络基于家用电脑的智能家庭网络把熟悉的PC技术简单地嫁接到新的家庭网络技术中，通过无线局域网，使用家用电脑作为中央控制单元，提供家庭与Internet之间的寻址和路由。l 基于电力线通信的智能家庭网络电力线网络技术使用的是与插座直接相连的现有电力线，不需要电话线，只要用一个电力线适配器插入插座即可。基于电力线通信的智能家庭网络由于电力线网络拓扑及其电源插座用作接入点的方便性，使其成为智能家庭网络的一种很有吸引力的候选技术和新的发展趋势。一套典型的智能家居系统应具有以下功能特点：1.安全监控：包括各种报警探测器的信息采集，开关门报警等如门磁、紧急按钮、红外探测、煤气探测、火警探测等，并完成与住宅小区物业管理和110报警的联网。2.背景音乐：在居室的任何一间房里，包括厨房、卫生间和阳台，均安装背景音乐线，通过多个音源，可以让每个房间都听到美妙的背景音乐。3.具有功能完善的三表(水、电、煤气)远程传送收费系统(一般配合在智能住宅小区使用)。4.家电控制：利用计算机、移动电话、PDA通过高速宽带接入Internet，并对灯具、窗帘、空调、冰箱、电视、洗衣机等家用电器进行远程控制、定时控制。5.家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系、视频会议。基于Internet的电子商务使每天的工作事务变得更加容易和简单。网上娱乐同样简单方便。如：家庭影院、无线视频传输系统、在线视频点播、交互式电子游戏等，在智能家居中，你可以和家庭成员或其它游戏爱好者一起通过计算机、电视、甚至可以用PDA在线玩各种网络游戏。 6.家庭医疗保健和监护：利用Internet，实现家庭的远程医疗和监护。Internet在智能家居医疗保健中的作用有很大的潜力，不仅助您身心更加健康，而且会降低医疗保健成本。每天，你都可以在家中将测量的血压、体温、脉搏、葡萄糖含量等参数传递给医疗保健专家，并和医疗保健专家在线咨询和讨论，省去了许多在医院排队等候的麻烦。而对于家有老人和孩子的家庭，配备求助系统(按键)，保障家人的健康和安全。7.信息服务：通过Internet可在任何时间任何地点获得和交换信息，信息传输可以以多种形式，从静态文本、图形到动态的音频、视频信息。同时，Internet改变了人们的通讯交流方式，使人们能通过文本、图形、多媒体迅速地沟通信息。E-mail、短信息、聊天室等通讯方式对生活产生了很大影响在旅行中父母可使用聊天工具和视频会议工具保持和孩子联系。在智能家居中，您还可以用手提电话或PDA通过无线网络收发E-mail，接受最新的股市行情。8.网络教育。网络教学将课堂带进了家庭，可帮助老师巩固课程，激发孩子们的好奇心。现在学校和家长通过家居中的基于Internet的教育工具可以合作得更加紧密，并在家庭和课堂之间建立了桥梁。同时，在智能家居中，不管那个年龄段的人都可以享受教育资源，可进行终生教育和学习。由上述国内外发展情况来看，信息家庭将是日后家居生活发展的方向。尽管我国信息家庭研究在有关核心技术、独立产品等多方面落后于发达国家，但由于国内外都处于探索阶段，尚未形成垄断，同时国内又有潜在的庞大的消费群体。因此，国内相关产品制造商及研发机构正面临难得的市场机遇。1.3课题研究开发意义智能家居系统是现代3C技术与传统家居系统相结合的产物，是家居信息化未来发展的方向，是人类社会住宅建设发展的必然趋势，更是智能建筑的一个重要的组成部分。智能家居的设计目标是“将家庭中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线系统技术(HBSHomeBussystem)连接到一个家居智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调”。智能家居系统的实现，将会由过去的单一设备控制发展为家居设备的集中控制以及远程控制;由过去的家居内部安全控制发展到家居远程实时监控;将为人们的家居生活提供舒适的环境，满足人类对生活日益提高的要求，实现全人性化的自动控制功能。虽然各国都在努力研制适合于本国国情的智能家居系统，但是由于智能家居设备的多样性、设计成本过高、接口与通信协议标准不统一、平台开发个性化不足等原因，目前普及性不强，要使智能家居真正进入每个家庭，必须设计出一种经济、实惠、方便操作的系统。目前国外有多种智能家居系统，但是存在价格过高，技术壁垒较多，不太适合绝大部分国内的需求;并且国内的被控家居智能化程度较低等原因，都不太适合大众市场，开发符合国内需求的智能家居系统无论对提高人们的生活质量，还是中国智能家居市场的发展，以及研究智能家居网络都是十分具有战略意义的。本课题将结合ARM嵌入式技术、无线通信技术设计并实现一个既可以通过无线通信实现对家庭内部的各种设备进行控制，又可以通过以太网和GSM网进行远程控制的智能家居网关。这种智能家居控制系统成本低廉，具有大众化、通用性强、普及率高等特点，可以使普通家庭的生活更加轻松、安逸。1.4论文组织结构第一章主要介绍了智能家居的发展现状和趋势，并分析了其研究的必要性和意义。第二章主要归纳了GPRS技术的优势和特点，并且对应用到的Q2406A GPRS模块进行了介绍和测试。第三章主要对智能家居系统的整体组成进行分析，选择必要的硬件（S3C2410 ARM模块，WAVECOM Q2406A GPRS 模块）。第四章主要对嵌入式系统Windows CE的介绍，同时对系统的定制、移植列出了详细的步骤。第五章主要说明了系统软件设计工具的安装和部分软件设计代码。第六章主要说明实验的安装调试过程及结果。第七章是设计的总结与结论，章节中总结了从系统设计开始所做的工作，同时对于此系统设计的成果和不足给予总结。第二章 GPRS技术及模块指令2.1 GPRS技术主要特点GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它以GSM（全球手机系统）为基础，和GSM共用相同的基站和频谱资源，采用与GSM相同的突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）方式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。正是因为GPRS使用现有的GSM无线网络，只是在其基础上增加了一些硬件设备和软件升级，因此，实现GSM升级至GPRS非常容易，而且中国移动借助原GSM网络，所以GPRS覆盖非常广，目前中国移动GPRS网络已经覆盖全国所以省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市。GPRS技术以分组交换技术为基础，支持IP/X2.5(一种基于包的协议，主要在欧洲地区广泛应用)数据网络协议，可以保证计算机和移动用户的持续连接。每个用户可同时占用多个无线信道，而同一无线信道又可以由多个用户共享。用户只有在进行数据传输时才占有系统资源，没有数据传输时，该用户原先占用的系统资源就会动态地分配给其他的多个用户。GPRS在无线通信中的使用满足了人们对数据业务的日益增长的需求。因此，在很短的时间内，就出现了各种各样的GPRS技术的增值业务诸如移动多媒体、远程监控、电子购物等等。具体讲，GPRS技术具有以下特点：1.GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。2.定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活:每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。3.支持中、高速率数据传输，可提供单个用户9.05171.2kbit/s的数据传输速率。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。4.GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。5.GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。6.GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QOS级别。GPRS能在0.51秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。7.在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。8.GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GFRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。9.蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。10.为了访问GPRS业务，MS会首先执行GPRS接入过程，以将它的存在告知网络。在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。11.为了收发GPRS数据，VTS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。12.用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术，数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。13.GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QOS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。14.GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。2.1.1 GPRS网络总体结构 GPRS网络的实现是在现有GSM网络的基础上，对原有GSM网络的基站子系统以及网络子系统的设备及功能进行了改进和增强。构成GPRS系统的方法是首先在GSM系统中引入3个主要组件:GPRS服务支持结点(SGSN， serving GPRS Supporting Node)、GPRS网关支持结点(GGSN，Gateway GPRS Support Node)和分组控制单元 (PCU)，同时对GSM的相关部件进行软件升级，主要包括对HLR和VLR的功能进行了扩展，使之可以支持GPRS用户数据和路由信息，以实现对GPRS的移动性管理和路由管理。另外增强了基站子系统的功能，以支持用户分组数据的传送,增加了业务信道和控制信道的种类，以支持GPRS的多种业务 图2-1 GPRS网络模型图2-1所示为GPRS网络的简化模型。GPRS在一个发送实体和一个或多个接收实体之间提供数据传送能力。这些实体可以是移动用户或终端设备，后者被连接到一个GPRS网络或一个外部的数据网络。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。SGSN记录移动台的当前位置信息，并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。系统共用GSM基站，但基站要进行软件更新，并采用新的GPRS移动台。GPRS要增加新的移动性管理程序，通过路由器实现GPRS骨干网互联。2.1.2 GPRS协议移动台(MS)和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2-2所示。um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下面上依次为物理层、MAC (Mdium Access Control)层、 LLC(Logical Link Control)层、SNDC(Subnetwork Dependant Convergence)(子网依赖结合层，是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。)层和网络层。Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。图2-2 GPRS分层协议模型GPRS协议模型:LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。网络层的协议目前主要是Phase阶段提供的TCP/IP和X25协议，这些协议对于传统的CSM网络设备(如BSS和NSS等设备)是透明的。2.1.3 GPRS的路由管理GPRS的路由管理表现在以下三个方面：移动台发送数据；移动台接收数据；移动台处于漫游时数据的管理。1.移动台发送数据对于由移动台发起的分组数据传递，需要使用GPRS业务的移动台，首先要通过一个信令过程，使自己附着(Attach)在GPRS网络，将自己的信息登记在SGSN中。附着过程结束后，SGSN建立了移动台的信息，并对移动台作移动性的管理，尽可能地获得移动台的位置信息。一个移动台在一个竞争时隙内，在分组随机接入信道(PRACH)上通过发送一套“请求分组信道”消息，来发起一次分组传递。当移动台产生了一个PDU(分组数据单元)，这个PDU经过SNDC层处理，称为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC帧并通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN将数据封装成传送协议，发送给GGSN。GGSN把收到的消息进行解析处理，转换为可在公用数据网中传送的格式(如PSPDN的PDU)，最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。当移动台向SGSN申请数据业务的时候，在移动台和SGSN之间采用PPP(point to point protocol)的点对点通信协议。PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单的链路而设计的。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。通过实例操作与实践应用，我们可以这样来理解PPP：即它是一种协议，它是基于流的计算机联网工具，它确定一端到另一端之间(能且只能控制两端)数据的传送与控制的规则。使用PPP的原因是因为本地主机和远程主机之间无法实现以太连接或令牌环连接，但可以采用串行线连接。第47页2.移动台接收数据的路由建立一个公用数据网用户传送数据到移动台脚，首先分组经本地局域网和路由器、PSPDN等到达GGSN，然后GGSN检查该移动台是否有GPRS移动场景，即移动台是否登陆GPRS。数据网用户发出的数据单元(如PSPDN中的PDU)，通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。然后GGSN将分组采用封装格式，选择路由给SGSN。SGSN把PDU封装成SNDC数据单元，移动台拆掉封装，将分组转发给应用。3.移动台处于漫游时的路由建立一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。其数据必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户。其中：PDTCH是Packet Data Traffic Channel的缩写，即分组数据业务信道的简称。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。PPCH是Packet Paging Channel的缩写，即分组寻呼信道的简称。PPCH用来寻呼GPRS被叫用户。PRACH是Packet Random Access Channel的缩写，即分组随机接入信道的简称。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。PAGCH是Packet Access Grant Channel的缩写，即分组接人应答信道的简称。PAGCH是一种应答信道，对PRACH做出应答。PACCH是Packet Associated Control Channel的缩写，即分组随路控制信道的简称。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。2.2 Q2406AGPRS模块的介绍图2-3 Q2406 GPRS模块实物图Q2406系列GPRS模块是支持EGSM/GPRS900/1800双频或EGSM/GPRS850/1900双频的GSM/GPRS模块，具有下列特性：外形：58.4mm32.2mm3.9mm；EGSM 900/GSM 850射频单元的工作电压为3.6V,功率为2W；GSM 1800/1900射频单元的工作电压为3.6V，功率为1W；数字单元的工作电压为2.8V；时钟采用年历；充电电路；具有回声消除和降噪功能；GSM或GSM/GPRS协议栈；硬件支持GPRS Class 10；具有屏蔽层。Q2406系列提供了两种外部接口：一种是RF接口，用于天线的连接；另一种是通用接口（GPC）,用于数字信号、键盘、音频和电源的链接。其中包括：电源接口、RS-232串行接口、两组音频接口、3V SIM 卡接口、55行列式键盘接口以及LCD接口（不支持AT指令）。Q2406系列GPRS模块由两部分组成：一是基带部分，用于实现一些系统功能，如电源管理、存储管理和接口管理等；而是射频（RF）部分，用于接收或发送信号。如图2-4所示描述了Q2406系列基带部分和RF部分的功能结构。图2-4 Q2406功能框图2.3 GPRS通信模块的AT指令AT指令是指从终端设备（Termnal Equipment,TE）或数据终端设备（Data Terminal Equipment,DTE）向终端适配器（Terminal Adapter,TA）或数据电路终端设备（Data Circuit Terminal Equipment,DCTE）发送，用于控制移动台（Mobile Station,MS）的功能，以实现与GSM网络业务进行交互的操作指令。20世纪90年代初，AT指令仅被用于调制解调器操作。当时，为了能够控制MODEM工作，原著名通信设备生产商Hayes制定了一套指令，通过通信软件（如超级终端）控制MODEM的各项操作。这套指令称为“AT指令”。由于当时缺少对移动电话文本信息控制的先例，因此人们开发了一种称为“SMS Block Mode”的协议，通过终端设备或计算机来控制短消息服务。几年后，诺基亚、爱立信、摩托罗拉和惠普等几大主要的移动电话生产厂商又共同研制了一整套用于GSM业务的AT指令，并形成GSM 07.05标准。目前，AT指令已经在手机通信中发挥重要的作用，通过AT指令能够控制手机执行许多操作，包括呼叫服务、短消息服务、传真、GPRS等。(1)AT指令的类型 因为AT 指令是作为一个接口标准,所以它的指令返回值和格式都是固定的,总体上说AT指令有四种形式：无参数指令：一种简洁的指令,格式是AT|&,如： AT+CSQ、AT&V查询指令：用来查询该指令当前设置的值,格式是AT|&?,如： AT+CNMI?帮助指令：用来列出该指令的可能参数,格式是AT|&=?,如： AT+CMGL=?带参数指令：比较常用的一种格式,它为指令提供了强大的灵活性,格式是AT|&=,这种指令的返回值根据不同的指令示不一样的,这在后面的指令详解中将具体给出。但是返回值的基本框架格式为：ERROR信息(2)AT命令的格式 AT+C=？ 测试命令 模块返回由相应写命令或内部处理设置的参数和值范围列表 AT+C？ 读命令 模块返回当前设置的参数或参数值 AT+C=? 写命令 模块返回用户定义的参数值 AT+C 执行命令 读取在GSM内部处理器的不变参数2.4 AT指令的测试(1)GPRS模块的初始化设置超级终端，波特率为115200kbps，无校验、数据位8、停止位1、流量控制无。在超级终端中输入“AT”如返回“OK”,则说明PC与模块通讯正常。请确认所插入的SIM卡已开通了GPRS。 AT+CCID /检测SIM卡是否装好，通过读取SIM 卡上的EF-CCID文件，返回SIM卡标识码。+CCID: 89860094050107138879 OK AT+CGMR /检测软件版本，5.0以上才支持GPRS 640c09gg.Q2406B 1273576 082703 09:59 OK AT+CSQ /检查模块信号，返回参数分别是信号强度和误码率。+CSQ: 28,0 OK AT+CGCLASS=B /设置模块工作类型。A类模块语音通话和数据传输可以同时进行；B类和C类模块不能同时进行数据传输和语音通话，需要切换，其中B类模块可以自动切换，在语音功能启用时将GPRS数据传输暂时挂起。C类模块需人工切换。WAVECOM的GPRS软件只支持B类和C类工作。(2)GPRS状态的监测1)查看注册状态AT+CGREG?+CGREG: 1,1 /后面的参数为1则表明以成功注册。2)查询当前状态AT#VSTATE 可能的几种回复： STATE：IDLE /空闲状态; STATE：DIALING /拨号ISP状态，还没连接；STATE：AUTHENTICATING /验证状态，已连接，但还没有PPP协商； STATE：CONNECTED /连接到INTERNET，已分配IP地址； NO SERVICE /没有无线信号； STATE：DISCONNECTION /正在处理关闭连接过程； STATE：CHECKING /正在处理GSM或GPRS呼出或应答。3).显示TCP参数配置AT#VTCP #DLEMODE: 1 #TCPSERV: 202.207.20.42 #TCPPORT: 6800 #TCPTXDELAY: 100 OK 4).重复执行上一条指令若需反复监控GPRS状态，可不断执行以上两条指令，可在超级终端中输入：A/ 便能重复执行上一条指令GPRS软件程序流程图如下：图2-4 GPRS软件流程图第三章 系统方案设计3.1智能家居系统设计在现代家庭中，家居设备的体积是必须考虑的因素，如果在家中安装许多庞然大物，则会让用户感到相当不便。利用现代嵌入式系统的特点，完全可以使用嵌入式系统来组建现代智能家居系统，相对于传统使用普通PC来实现家庭服务器或家庭网关来说，嵌入式系统服务器和网关体积小，占地少，可以嵌在墙内。家庭智能控制系统与家庭子系统构成家庭内部网络。此次的设计以家庭内部网络为主体。因此，该嵌入式家庭智能系统的硬件系统分为两个部分：家庭智能控制系统和家庭子系统，如图3-1所示。图 3-1系统硬件框图1) 家庭智能控制系统部分，即主控制器：主要包含ARM处理器核心板及其外围电路设计，如电源管理电路、键盘控制接口电路、GPRS模块外部接口电路、串口接口电路、RS485转换电路、LCD及触摸屏接口电路等；2) 家庭子系统部分：包括家电/照明控制子模块、门禁控制子模块、安防报警子模块及“三表”控制子模块、家庭环境控制子模块五个部分，五个子模块相互独立，通过RS485总线构成家庭子系统网络。3.1.1系统结构组成该智能家居终端的主要功能有:安全防范、“三表”控制、电话控制与报警、因特网远程控制和监视、家庭娱乐、小区信息服务。3.1.2功能分析(l)安全防范智能家居终端的安全防范功能有以下三种形式:第一种是防区报警，系统可以有巧路防区，这些防区可以与烟感、红外、破碎、门磁等传感器相连。第二种是按键报警，报警按键在智能键盘上，用户在碰到紧急情况时可以向相关单位紧急求助。第三种是门禁，特别适用于用户不在家时。用户出门时关闭房门之后，按下门禁设备的布防按钮，可以对房间内的各个防区进行布防；用户回家时，可以通过门禁实现密码或刷卡开门，当校验通过后房门打开，同时智能终端自动取消布防。上述几种报警情况发生后，系统会自动识别报警类型，并通过电话和网络将报警信息发出。此时小区管理系统或用户手机将显示报警类型和报警防区，用户也可以通过因特网登陆智能家居终端查看警情。(2)“三表”控制经过键盘设置以后，智能家居控制终端会根据用户设置的要求实现对家用电器设备的自动控制和远程控制。比如对电表、水表和煤气表用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果传送给小区物业管理系统。(3)电话远程控制与报警用户可以通过拨号连接到智能家居控制终端，智能终端经过分析得到需要控制的设备地址与要求设备所执行的动作，同时将设备的实时状态返回到智能终端。智能终端记录设备的状态，以供用户查询。如果家庭内部发生报警情况，智能终端将报警信息通过电话通知用户。(4)因特网远程控制与监视用户在任意一台连接到因特网的网络终端上，打开Windows IE，输入相关IP地址和密码，就可以看到智能家居控制终端上的Web页。在Web页上可以查看家庭内部网络上各种设备的状态以及报警情况，并且可以远程控制改变某些设备的状态。(5)家庭娱乐智能家居控制终端连接各种娱乐性家用电器，如高清晰度电视机、DVD、音响等，实现家庭内部所有音视频设备在位置不变的前提下完全共享，交叉使用，使家庭生活更加舒适和方便。(6)小区信息服务小区管理中心可以将一些有用信息，如小区公告、天气预报等，发送到用户的智能家居控制终端上。用户也可以通过室内键盘发送相关信息到小区管理中心，以获得相应的物业服务。3.2嵌入式系统选用方案3.2.1嵌入式系统概述及其特征(l)嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统是集应用软件与硬件于一体，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系，如掌上PDA、电视机顶盒、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、工业自动化仪表与医疗仪器等。(2)嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统的硬件部分，包括嵌入式处理器、存储器及外设器件和I/0端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或IXJ存 (Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。其中，嵌入式处理器可以分为4种类型:嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Uint，EMPU)、嵌入式微控制器(MicroController Unit，MCU)、嵌入式DSP处理器 (Embedded Digital Signal processor，EDSP)、嵌入式片上系统 (System On Chip ,SOC)。本课题在智能家居控制终端上使用的CPU芯片S3C2410A属于微控制器类型的芯片。嵌入式系统有以下基本特征：(l)系统内核小。嵌入式系统一般是用于完成特定功能的小系统，出于成本、体积等方面的考虑，系统资源相对有限，其内核相对于通用操作系统要小得多。(2)专用性强。由于嵌入式系统只用于完成某种特定的功能，必须针对不同的应用任务，对嵌入式系统所使用的开发原型系统进行必要的软硬件裁剪，使之满足系统的专用性需求，即嵌入式系统是专用的计算机系统。(3)实时性需求。许多嵌入式系统都有实时性需求，特别是在语音通信、自动检测与控制等方面都有不同程度的实时性需求。例如在航空、航天等系统中，为了实现较高的自动化控制，必须使用实时嵌入式系统，即在给定的时间内系统必须做出响应，否则会导致系统性能下降或系统失效。(4)网络化。随着嵌入式系统的应用日益广泛，实时网络、嵌入式Web成为现代嵌入式系统的研究热点和重点。 图3-2嵌入式系统组成3.2.2 S3C2410微处理器S3C2410是三星公司生产的基于ARM920T内核的RISC微处理器。主频可达203MHz，S3C2410的主要特性包括：16K字节指令Caches和16K数据Caches；外部存储器控制器(SDRAM控制逻辑和片选逻辑)；LCD控制器（支持64K color TFT和4K color STN），Touch panel控制器；4个DMA通道；3个UART；2个串行外围电路接口SPI；IIC-Bus接口；SD卡接口；2个USB接口；4个PWM定时器&1个内部定时器；看门狗；多达55个中断源的中断控制器；4种电源控制模式:正常、缓慢、空闲和关闭模式；8个10-bit ADC通道和触摸屏接口；