專利名稱：一種基于arm9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)WAN與WLAN的連接，來實現(xiàn)家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，屬于基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會信息化和家庭網(wǎng)絡(luò)化的飛速發(fā)展，越來越多的家庭開始追求遠(yuǎn)程控制家電的高質(zhì)量生活，家庭網(wǎng)關(guān)是整個家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，主要實現(xiàn)hternet接入、遠(yuǎn)程控制，以及實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換連接家庭內(nèi)部異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的功能。目前基于PC方案的家庭網(wǎng)關(guān)不僅成本高，而且要求計算機(jī)一直處于開機(jī)可通信的狀態(tài)，因此，更優(yōu)化的家庭網(wǎng)關(guān)傾向于采用廉價的嵌入式CPU，但若采用8位或16位單片機(jī)，由于速度慢且資源有限，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制。家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)的核心部件，它實際上就是一個功能齊全的嵌入式系統(tǒng)。因此，以ARM9處理器作為硬件平臺，家庭內(nèi)部采用基于Zigbee射頻技術(shù)或WiFi技術(shù)自由組織無線網(wǎng)絡(luò)，通過移植嵌入式操作系統(tǒng)Linux和嵌入式TCP/IP協(xié)議，遠(yuǎn)程通信則使用遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)(3G或GSM)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的新型智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)克服了上述的不足之處，也必將在物聯(lián)網(wǎng)時代得到廣泛地推廣及使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)化，提出一種智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，通過各種接口的功能化布局及ARM9的綜合控制，實現(xiàn)了一種全新的智能化家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案
一種基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信控制的遠(yuǎn)程通信接口，用于實現(xiàn)近距離信息傳輸?shù)募彝?nèi)網(wǎng)接口，以及基于ARM9的核心處理單元；其中所述核心處理單元設(shè)置有家庭內(nèi)部設(shè)備的驅(qū)動程序和擴(kuò)展存儲單元；所述擴(kuò)展存儲單元用于存儲家庭內(nèi)部設(shè)備傳輸?shù)男畔ⅰ⒂脩艚K端發(fā)送的信息，以及用戶指紋信息；
所述核心處理單元通過遠(yuǎn)程通信接口接收用戶終端發(fā)送的控制命令、向用戶終端傳輸家庭內(nèi)部設(shè)備信息，以及通過家庭內(nèi)網(wǎng)接口根據(jù)控制命令控制家庭內(nèi)部設(shè)備、接收家庭內(nèi)部設(shè)備傳輸?shù)男畔?。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，核心處理單元采用16/32位ARM920T的RISC處理
ο作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，遠(yuǎn)程通信接口包括3G接口、GSM接口 ；家庭內(nèi)網(wǎng)接口包括無線模塊接口、有線模塊接口 ；其中無線模塊接口包括Zibee模塊接口、WiFi模塊接口，有線模塊接口包括USB2. 0接口、可擴(kuò)展的串行RS232接口。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，本發(fā)明還包括與所述有線模塊接口連接的射頻接口模塊；所述射頻接口模塊內(nèi)置高清攝像頭，采用多媒體編碼技術(shù)將實時捕捉的模擬數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為數(shù)字多媒體信號，然后通過有線模塊接口傳輸至核心處理單元，經(jīng)核心處理單元處理后通過遠(yuǎn)程通信接口傳送至用戶終端。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述核心處理單元還設(shè)置有作為I/O端口的USB 總線控制器及串行總線控制器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述擴(kuò)展存儲單元為一個靜態(tài)隨機(jī)存儲器(DDR2 SDRAM)和一個閃存(FLASH)，其中靜態(tài)隨機(jī)存儲器(DDR2 SDRAM)存儲用戶指紋信息。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，本發(fā)明還包括與核心處理單元相連接的觸摸屏。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
本發(fā)明設(shè)計了一種智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，通過該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，用戶可以在室外任何地點實現(xiàn)對家庭各個監(jiān)測點的監(jiān)控，如室內(nèi)溫度濕度，各種家電的使用狀態(tài)等，一旦出現(xiàn)緊急情況，如煤氣泄漏，水龍頭沒關(guān)等，用戶可在第一時間獲取信息，并采取相應(yīng)措施加以控制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體具有以下優(yōu)點
1.系統(tǒng)設(shè)備配置成本低、功能齊全。相比于基于PC方案的家庭網(wǎng)關(guān)，用ARM9代替PC 機(jī)，不但成本大幅下降，功能上更是能足夠滿足智能家居的需求；另一方面，相對于8位或者16位的單片機(jī)而言，16/32位的ARM9更顯示出它快速的運算能力，更能實現(xiàn)復(fù)雜的控制。2.安全可靠的通信機(jī)制，多媒體傳輸模式。本系統(tǒng)在遠(yuǎn)程通信方面的突出特點是提供多種遠(yuǎn)程通信接口，如3G接口，GMS接口。特別是3G接口的提供，相比2G技術(shù)(如 GSM), 3G通信技術(shù)能夠更好的處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，3G技術(shù)的抗多徑衰落能力也大大的高于2G技術(shù)，使得在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源蠓嵘?；同時指紋智能識別技術(shù)的實現(xiàn)，更為本系統(tǒng)的信息安全增加了一道有力的防線。3.系統(tǒng)能耗大幅降低。本發(fā)明采用ARM9處理器作為主控板，雖然和基于PC機(jī)的傳統(tǒng)智能監(jiān)控家庭網(wǎng)關(guān)一樣，ARM9也必須處于開機(jī)可通信狀態(tài)，但相比于PC機(jī)，基于ARM9 的智能網(wǎng)關(guān)在能耗方面大大降低；另外一方面，相對于傳統(tǒng)的智能家居監(jiān)控，近距離無線傳輸往往采用紅外，藍(lán)牙或其他無線局域網(wǎng)技術(shù)，Zigbee技術(shù)或WiFi技術(shù)在能耗方面有著無可比擬的優(yōu)勢，特別是Zigbee技術(shù)，在能耗方面更是突出，首先Zigbee節(jié)點具有自行可調(diào)節(jié)的狀態(tài)，即休眠和工作狀態(tài)，從而節(jié)約能耗，另外，在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6 M個月，甚至更長。相比較，藍(lán)牙只能工作數(shù)周，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)整體抽象結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的框架圖。圖3是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)指紋智能識別功能圖。圖4是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端發(fā)送控制信號流程圖。圖5是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)家庭內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流回送流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明
本發(fā)明核心處理單元ARM9采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440模塊，該模塊CPU是一個由 Advanced RISC Machines有限公司設(shè)計的16/32位ARM920T的RISC處理器，用于管理和協(xié)調(diào)各接口模塊，實現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，路由選擇及網(wǎng)絡(luò)安全等功能，支持Linux， WinCE, EP0C32操作系統(tǒng)；有一套完整的驅(qū)動程序體系，并可以通過撥號入網(wǎng)的方式下載更新最新驅(qū)動程序。本發(fā)明Zigbee接口可連接CCM30芯片；本發(fā)明WiFi接口可接marvell公司的 88W8686ffiFi芯片；本發(fā)明3G接口可接華為MC703芯片；本發(fā)明GSM接口可接SIM900A模塊；本發(fā)明射頻接口模塊可用天嵌科技提供的0V9650 CAMERA模組。下面就結(jié)合附圖對發(fā)明設(shè)計思想及技術(shù)方案做詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)整體抽象結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示的智能網(wǎng)關(guān)抽樣結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要由三部分組成核心處理單元ARM9，遠(yuǎn)程通信接口(WAN接口)， 家庭內(nèi)網(wǎng)接口(WLAN接口等)。圖2是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的框架圖，是系統(tǒng)的具體示意圖。如圖2所示智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其核心處理單元ARM9采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440模土夬，該模塊CPU是一個由Advanced RISC Machines有限公司設(shè)計的16/32位ARM920T的 RISC處理器，用于管理和協(xié)調(diào)各接口模塊，實現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。核心處理單元還包括一個IGB的DDR2 SDRAM和一個IGB的FLASH，分別存儲遠(yuǎn)程和家庭內(nèi)網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)，其中 DDR2 SDRAM還存儲有用戶指紋信息，該信息為實現(xiàn)指紋識別及安全登錄提供可靠保證。如圖2所示智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其遠(yuǎn)程通信接口包括3G接口，GSM接口等，遠(yuǎn)程通信主要通過無線廣域網(wǎng)(WLAN)方式實現(xiàn)。3G接口的實現(xiàn)是本發(fā)明的突出之處，相比2G技術(shù)(如 GSM)，3G通信技術(shù)能夠更好的處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，3G技術(shù)的抗多徑衰落能力也大大的高于2G技術(shù)，使得在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源蠓嵘Ｈ鐖D2所示智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其家庭內(nèi)網(wǎng)接口又可分為兩類，一類是有特殊功能的 USB2.0或串行口 232，這些接口可連接射頻接口模塊，能利用多媒體編碼技術(shù)實時捕捉模擬數(shù)據(jù)流，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字多媒體信號通過WAN網(wǎng)絡(luò)接口(特別是3G接口)實現(xiàn)對數(shù)字多媒體信息流的傳輸，并最終在終端上(如3G手機(jī)，PC機(jī)等)實現(xiàn)數(shù)字圖像流的顯示；另一類是小型自組無線局域網(wǎng)(WLAN)接口，包括Zigbee接口及WiFi接口等，用于監(jiān)測家庭內(nèi)部信息 (如室溫濕度等)或?qū)崿F(xiàn)對家電的狀態(tài)控制。圖3是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)指紋智能識別功能圖。隨著家庭智能網(wǎng)關(guān)對信息安全方面的要求不斷提升，越來越多的用戶希望自己的信息不會被其他用戶竊取，本系統(tǒng)增加了一個指紋智能識別及安全登錄功能，該功能保證了用戶即使在丟失自己的用戶終端(PC機(jī)或3G手機(jī)等)的前提下，其他用戶也不可能通過該終端來登錄用戶的智能家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，從而保證用戶信息的安全性。如圖3所示，該功能實際上是一個指紋識別過程，當(dāng)用戶想通過用戶終端與家庭智能網(wǎng)關(guān)的控制設(shè)備ARM9獲得連接時，首先必須經(jīng)過指紋識別環(huán)節(jié)才能順利進(jìn)行連接。用戶的指紋信息存儲在ARM9的擴(kuò)展存儲單元DDR2 SDRAM中，而指紋識別軟件配置在軟硬件性能相對較高的用戶終端(PC機(jī)或3G等)上，具體過程如下所述用戶終端先發(fā)送一個連接請求信息，ARM9接收到該信息后就將指紋信息通過3G網(wǎng)絡(luò)傳至用戶終端，當(dāng)該信息與用戶當(dāng)前指紋輸入信息一致時，用戶終端再發(fā)送一個“識別成功”確認(rèn)信息，并自動刪除終端上的指紋信息，ARM9收到該確認(rèn)信息后，用戶與ARM9之間的連接就成功建立了 ；若指紋信息不一致時，用戶終端發(fā)送一個“識別失敗”確認(rèn)信息，并自動刪除終端上的指紋信息，ARM9收到該確認(rèn)信息后，自動轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，連接失敗。此功能的優(yōu)勢在于，雖然每次指紋識別過程都是在功能強(qiáng)大的用戶終端進(jìn)行，但用戶指紋信息卻存儲在ARM9的擴(kuò)展存儲單元DDR2 SDRAM中，每次指紋識別時，都先是從 DDR2 SDRAM中將指紋信息傳送至用戶終端，再與用戶當(dāng)前指紋輸入信息相比較，比較后，用戶終端會自動刪除指紋信息，確保信息不被別人獲取，即使其他用戶想通過破解用戶終端的指紋識別軟件來進(jìn)入智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)也是徒勞的，因為用戶指紋信息全部存儲在ARM9的擴(kuò)展存儲單元DDR2 SDRAM中，而不是智能用戶終端上。該功能實現(xiàn)了系統(tǒng)的安全登錄過程， 保證用戶信息的安全性。由于該功能對用戶的軟硬件性能要求比較高，所以一般將該功能設(shè)置在性能強(qiáng)大的用戶終端上，而ARM9上僅存儲最為重要的用戶指紋信息。圖4是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端發(fā)送控制信號流程圖，如圖4所示智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，ARM9負(fù)責(zé)自動監(jiān)聽端口狀態(tài)，當(dāng)未監(jiān)聽到任何信號時，ARM9可處于低能耗的睡眠狀態(tài)，一旦監(jiān)聽到信號時，立即轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，并處理相應(yīng)的信號。處理信號的過程大致包括判斷接收該信號接口有無驅(qū)動(若無，則下載安裝相應(yīng)的驅(qū)動，協(xié)議等； 若有，則接收信號)，ARM9處理該信號(解析出該信號的具體內(nèi)容或所要執(zhí)行的控制命令)， 將已處理的信號傳送至相應(yīng)的家庭內(nèi)網(wǎng)接口。綜上所述，ARM9實際上是一臺集控制、聯(lián)接、 處理于一身的服務(wù)器，在WAN和WLAN (或射頻接口模塊)之間起紐帶作用。如圖4所示智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其他外接設(shè)備先要進(jìn)行初始化過程，當(dāng)遠(yuǎn)程終端設(shè)備通過WAN向ARM9發(fā)送信號，ARM9處理該信號后，若該信號的信息內(nèi)容為獲取當(dāng)前家庭內(nèi)部靜態(tài)或動態(tài)視圖多媒體流信息，則啟動射頻接口模塊；若該信號的信息內(nèi)容為獲取當(dāng)前家庭內(nèi)部溫濕度信息或開啟其他家用電器命令等時，則可以通過Zigbee或WiFi等自組WLAN 節(jié)點設(shè)備來獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息或執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖5是本發(fā)明基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)家庭內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流回送流程圖。如圖 5所示，該數(shù)據(jù)流回送過程大體上是圖4所示過程的逆過程，即實現(xiàn)了如何將已獲得的數(shù)據(jù)信息或應(yīng)答信息回送至遠(yuǎn)程終端，讓終端用戶獲取到這些信息的過程。所述數(shù)據(jù)信息包括靜態(tài)或動態(tài)的視圖多媒體流信息，溫濕度等文本信息，所述應(yīng)答信息則是對相應(yīng)家電操作的確認(rèn)信息，通知遠(yuǎn)端用戶家電已成功開啟或因故不能正常開啟等信息?；厮托畔⑦^程中， 靜態(tài)或動態(tài)視圖多媒體信息一般可通過3G無線網(wǎng)傳送至用戶終端，而其他文本信息則可通過GSM方式傳送。如上所述的控制信息或其他相關(guān)信息都可用軟件編程方式實現(xiàn)，這里就不再詳細(xì)描述了。通過上述的實施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很清楚的理解到本發(fā)明的實現(xiàn)方式，同時也能很清楚的了解本發(fā)明的設(shè)計過程。上述實例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于包括用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信控制的遠(yuǎn)程通信接口，用于實現(xiàn)近距離信息傳輸?shù)募彝?nèi)網(wǎng)接口，以及基于ARM9的核心處理單元； 其中所述核心處理單元設(shè)置有家庭內(nèi)部設(shè)備的驅(qū)動程序和擴(kuò)展存儲單元；所述擴(kuò)展存儲單元用于存儲家庭內(nèi)部設(shè)備傳輸?shù)男畔ⅰ⒂脩艚K端發(fā)送的信息，以及用戶指紋信息；所述核心處理單元通過遠(yuǎn)程通信接口接收用戶終端發(fā)送的控制命令、向用戶終端傳輸家庭內(nèi)部設(shè)備信息，以及通過家庭內(nèi)網(wǎng)接口根據(jù)控制命令控制家庭內(nèi)部設(shè)備、接收家庭內(nèi)部設(shè)備傳輸?shù)男畔ⅰ?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于所述核心處理單元采用16/32位ARM920T的RISC處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)程通信接口包括3G接口、GSM接口；所述家庭內(nèi)網(wǎng)接口包括無線模塊接口、有線模塊接口 ；其中無線模塊接口包括Zibee 模塊接口、WiFi模塊接口，有線模塊接口包括USB2. 0接口、可擴(kuò)展的串行RS232接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ARM的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述有線模塊接口連接的射頻接口模塊；所述射頻接口模塊內(nèi)置高清攝像頭，采用多媒體編碼技術(shù)將實時捕捉的模擬數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為數(shù)字多媒體信號，然后通過有線模塊接口傳輸至核心處理單元，經(jīng)核心處理單元處理后通過遠(yuǎn)程通信接口傳送至用戶終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于所述核心處理單元還設(shè)置有作為I/O端口的USB總線控制器及串行總線控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)展存儲單元為一個靜態(tài)隨機(jī)存儲器(DDR2 SDRAM)和一個閃存(FLASH)，其中靜態(tài)隨機(jī)存儲器(DDR2 SDRAM)存儲用戶指紋信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于還包括與核心處理單元相連接的觸摸屏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ARM9的家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信控制的遠(yuǎn)程通信接口，用于實現(xiàn)近距離信息傳輸?shù)募彝?nèi)網(wǎng)接口，以及基于ARM9的核心處理單元；其中核心處理單元通過遠(yuǎn)程通信接口接收用戶終端發(fā)送的控制命令、向用戶終端傳輸家庭內(nèi)部設(shè)備信息，以及通過家庭內(nèi)網(wǎng)接口根據(jù)控制命令控制家庭內(nèi)部設(shè)備、接收家庭內(nèi)部設(shè)備傳輸?shù)男畔?。本發(fā)明通過對遠(yuǎn)程通信接口及家庭內(nèi)網(wǎng)接口的功能化設(shè)置，并在核心處理單元ARM9的綜合控制下，實現(xiàn)了對家庭網(wǎng)關(guān)，多媒體信息傳輸及家庭設(shè)備控制等功能上的有效整合，最大程度上方便用戶對家庭設(shè)備的管理及控制。
文檔編號H04L12/28GK102437975SQ20111041023
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張希偉, 朱忠華, 陸郭琦 申請人:河海大學(xué)