基于Cortex—M3處理器的智能家居監控系統設計

2．1 中心控制器
本系統選用意法半導體公司的STM32F207為中心控制器。該芯片基于專門用于高性能、低功耗、低成本、實時性嵌入式應用系統的ARM Cortex-M3內核，內部資源豐富，提供了多個USART、I2C、SPI、I／O接口并整合了全速USB OTG接口、以太網10／100MAC以及8～14位相機傳感器并行接口，處理性能高達150 Dhrystone MIPS，內置多達128 KB～1MB的閃存和132 B的SRAM。該芯片能完成家庭內部網絡各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，以及與外部通信網絡之間的數據交換。作為智能家居監控信息平臺的核心部分，它具有功耗小，可靠性好，性價比高的優點。
2．2 ZigBee節點
在智能家居監控系統中，ZigBee節點模塊采用JENNIC公司的JN5139。該芯片嵌入到主控制器、信息家電、各種傳感器中，將信息家電、門禁安防、三表等組成星形ZigBee網絡。同時該芯片充當協調器和終端監控節點的角色，負責傳輸網絡命令和數據、轉發和管理終端監控節點之間的數據。該芯片將各終端節點的信息傳輸給主控制器，家庭出現異常時，將報警信息發給用戶手機和小區管理終端；同時接收用戶的控制信息，轉發給相應的終端監控節點。監控終端節點負責對各子傳感器節點進行數據的采集和傳感器狀態的控制，包括家庭內部網絡中的門磁開關狀態、紅外對射探測器、火災探測器、煙感和燃氣泄露探測器數據等。
本監控系統采用的JN5139，是業界第一款與IEEE 802．15．4兼容的低功耗、低成本無線控制模塊，集成了32位的RISE處理器，并且擁有豐富的模擬和數字外設，只需添加少量的外圍元件即可完成該通信功能硬件的設計。該模塊的數據傳輸和交換都是通過SPI總線完成的。
2．3 網絡通信接口
STM32F207內嵌了一個以太網MAC，并有專用的DMA，實現內部數據的高速傳輸。而且支持默認的介質無關接口(MII)和精簡的介質無關接口(RMII)兩種工業標準的物理層接口，所以只需外接一片物理層收發器，就能完成以太網幀的接收和發送，實現網絡通信。在該設計中采用DP83848C，它是一款功能全、魯棒性好、功耗低、價格低的10／100Mb／s單路物理層(PHY)器件，通過配置AFIO_MAPR寄存器中的bit23，MII_ RMII_SEL來選擇RMII，把與接口相連的信號線簡化到7根，大大節約了成本。為了實現網絡接口，采用了PULES的J0011型變壓器與DP83848C收發差分線連接，其主要功能是轉換電平并抑制高頻干擾接入以太網以及防止燒壞元器件，實現帶電插拔功能。J0011型變壓器還集成了RJ-45接頭，簡化器件之間的連線，節省PCB板的空間，提高高頻信號傳輸的可靠性。接口設計如圖3所示。