GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线服务）是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，在嵌入式系统中应用非常广泛。由于GPRS通信网络实现了联网和漫游，这样利用网络传输数据无须再组建专用通信网络，因此采用短信方式传输数据的系统应用将越来越广泛，这使得以短信方式传输控制命令成为可能。ZigBee是近发展起来的一种短距离无线通信技术。由于ZigBee具有近距离、低功耗、低数据率、低成本等特点，因此适于家庭控制。

　　基于GPRS和ZigBee技术的智能家居解决方案采用以单户家庭为单元的通信控制模式，在每一个家庭中都安装一个主控中心（负责用户控制信号及家电反馈信息的接收和转发），及若干个与家电设备相连的分控终端（控制该家庭的所有电器）。主控和分控装置由家庭总线相连，家庭总线采用ZigBee无线通信方式。此装置便于家庭独自管理，安全性、可靠性高。

　　1　概述

　　1.1　无线数传模块MC35i

　　GPRS通信模块采用西门子公司的无线数据传输模块MC35i,支持数据、短信、语音和传真业务。MC35i是新一代GSM/GPRS双模模块，完全兼容上一代的MC35、TC35i;采用紧凑型设计，为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接。MC35i的GPRS在线功能提供了快的数据传输速率。

　　1.2　IP_Link1270模块

　　ZigBee无线网络通信模块采用赫利讯的IP_Link1270模块。ZigBee（IEEE802.15.4）技术是近发展起来的一种近距离、低功耗、低数据率、低成本的双向短距离无线通信技术，被业界认为是有可能应用在工控场合的无线方式。Helicomm公司推出的IP_Link1270是ZigBee的开发工具和产品，包含符合802.15.4标准的2.

　　4GHz射频组件、低功耗的8位微控制器、ZigBee网络软件和全波长天线，每次接力通信都能在75m范围内提供250kbps的速率；支持的RS232mesh透明串行模式，能在网状或多次跳接（multihop）无线网络内支持串行数据路由，速率可达38.4kbps。IP_Link1270是完全符合IEEE802.15.4标准与ZigBee规范的2.4GHz无线收发模块，射频部分使用Freescale的MC13191/13192/13193芯片，MCU使用的是Freescale公司的MC9S08GT60芯片。

　　2　系统结构和工作原理

　　2.1　系统结构和功能

　　系统通过GSM手机发送短信命令来读取三表的数据，并对室内电灯进行控制。分控中心可以检测外中断，当有外中断产生时，分控中心的蜂鸣器发出响声，这时分控中心会主动向用户发送短信来提示用户室内有异常。

　　系统由主控中心与分控终端两部分组成，如图1所示。主控中心主要由GPRS模块通过USB与PC机连接，ZigBee模块IP_Link1270通过串口与PC机连接。GPRS通信模块采用西门子公司的MC35i,负责收发短信的命令；ZigBee无线通信模块采用赫立讯公司的IP_Link1270,负责控制分控中心的设备，来读取三表的数值与控制室内灯的开关。

图1　系统结构框图

　　分控终端主要由赫立讯公司的IP_Link1270、新茂公司的SM5964A单片机、天马的128×64点阵的LCD液晶显示模块组成。LCD用于数字的电表、水表、气表值的显示；单片机上的键盘可以改变三表的值，通过单片机上的串口来控制IP_Link1270数据的收发，把三表值和室内灯的开关状态返回到主控中心。

　　系统的主要控制流程如下：

　　①由用户手机发命令给MC35i模块，MC35i收到命令后，解释该命令。解释完命令后发给主控中心的IP_Link1270,由该模块把命令发给相应的分控终端设备，分控终端设备收到命令后作出相应的动作。

　　②分控终端收到命令后，一是作出相应的动作后向上层作出应答，二是把上层需要的数据通过IP_Link1270传给主控中心。主控中心把收到的分控终端信息，通过MC35i以短信形式发送到用户手机上。

　　该系统主要实现的功能如下：

　　①通过GPRS模块收发短信，控制室内的三表和电灯开关。如果有盗窃，则可以报警并以短信的形式给房主。

　　②通过发送wat、gas、ele（水，气，电）3条短信给主控中心，主控中心把这3个命令通过主控制中心的IP_Link1270发送给分控中心的IP_Link1270。分控中心收到该命令后，把当前的三表的值，通过分控中心的IP_Link1270发送给主控中心，主控中心把收到的三表的值打包并通过短信的形式发给主机。

　　③通过发送L11、L21、L31打开室内不同的三盏灯。

　　④通过发送L10、L20、L30关闭室内不同的三盏灯。

　　⑤通过发送L1、L2、L3来查询这三盏灯的开关状态。

　　当有人入室盗窃时，报警器就会报警，通过单片机的外中断，把报警信息主动发送给房主。

　　2.2　硬件设计原理

　　主控中心、分控中心硬件设计原理分别如图2和图3所示。

图2　主控中心硬件设计原理

图3　分控中心硬件设计原理

　　MC35i有40个引脚，其中RXD、TXD必须与ZigBee的RX、TX平行相连进行数据的收发，CCIN（24）、CCRST（25）、CCIO（26）、CCCLK（27）、CCVCC（28）引脚分别与SIM卡的8、2、7、3和1相连，分别表示SIM卡是否置入、SIM卡复位、SIM卡数据、SIM卡时钟、SIM卡电源。

　　分控中心SM5964A的第11、10脚TXD、RXD与ZigBee的第5、4脚TX、RX连接进行数据通信，第P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17引脚与键盘连接，通过程序控制键盘的操作。

　　2.3　MC35i与IP_Link1270的软件调试设计

　　2.3.1　MC35i软件调试设计

　　在熟悉AT指令集的基础上，实现对MC35i与PC机之间通信的调试、电路的调试、短信的收发和查看MC35i发送与接收数据的格式。这里的上位机程序是用VB编写的串口收发程序。

　　VB语言中MSComm控件是一个串口通信的专用控件。下面是上位机串口程序的主要代码———响应的On2Comm事件（这里是以二进制数接收的）：

　　2.3.2　IP_Link1270的通信

　　下位机主要负责对主控中心的IP_Link1270发过来的数据进行解码，解码后再对用户所有的数据或要执行的指令进行处理；或者当单片机产生中断时，主动地向用户发送信息。

　　下位机的主要功能是通过串口采用AT指令集对IP_Link1270发送的数据进行收发，并对收到的数据进行解码。分控中心的IP_Link1270处理数据流程如图4所示。

图4　分控中心的IP_Link1270处理数据流程

　　下面是判断是否要读取水表的数据，打包水表值，并发送的程序：

　　在两者搭接处加入磁珠，防止互相干扰；连接电源和地的导线应尽量粗一些。

　　④应使用一个金属罩将射频部分电路屏蔽起来，防止与后面的数字电路发生互相干扰。

　　3　软件模块设计与开发

　　如图5所示，软件以电子地图分析模块及数据库为中心，包括GPS模块、通信模块以及显示和声音输出模块。

　　数据库中记录了各种地理数据。使用者在行动过程中，由GPS模块接收，分析卫星信号，计算出当前的经纬度、速度和方向等数值，就可以得到使用者在电子地图上的确切位置。定时记录位置移动情况就可以在LCD上显示直观的路线图。可以在此基础上开发车辆导航系统。

图5　软件模块结构框图

　　开发过程中用到的工具主要有PlatformBuilder和EVC。PlatformBuilder生成一个面向目标板的特定的WinCE操作系统。在生成Platform时，要选用正确的BSP。可以通过修改AT91SAM9261DK开发板自带的BSP包来满足设计要求，使得BSP包的开发变得简单而快速。BSP主要包括Bootloader、OAL和驱动程序。

　　由于篇幅有限，在这里只作简单介绍：

　　①Bootloader是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，用于初始化硬件设备，建立系统内存空间映射；而重要的就是将操作系统内核映像加载到RAM中，并且把系统控制权交给它。在接收机手持设备系统中，这里可以不改。

　　②OAL（即OEM适配层）是逻辑上驻留在WinCE内核与目标设备之间的代码，用于实现WinCE内核与目标设备之间的通信。这里，除了基本的初始化功能外，还另外添加了电源管理方面的函数OEMIdle和OEMPower2Off,使其基本满足手持设备在功耗方面的要求。

　　③驱动程序是BSP开发的重要部分，是用户模式的动态链接库（DII），是一个抽象物理设备或虚拟设备的功能软件。一般可分为内建驱动程序（如键盘驱动程序）和流驱动程序（如串口驱动、DataFlash驱动、以太网驱动等）。它们都是由设备管理器来加载的。

　　EVC开发GPS系统的软件部分类似于VC中的项目开发。程序编好以后可以通过USB口到目标板上进行调试，并开发新的功能。

　　4  结语

　　GPS是当前应用广泛的导航定位系统。在欧美等发达地区，利用GPS车载导航系统来改进交通有广阔的应用前景。AT91SAM9261嵌入式处理器有较高的性能，在类似方面的应用中大有可为。

参考文献:

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