基于Linux的物联网平台控制系统硬件实现

王 琳

（西安航空学院，陕西西安710000）

基于Linux的物联网平台控制系统硬件实现

王 琳

（西安航空学院，陕西西安710000）

提出了实现物联网模型的方法。在家庭中建立一个服务器中心，作为处理家庭设备采集的数据和控制家庭设备的中转站。该服务器对上连接远程服务器，将数据发送至外网；对下采集硬件设备测量的数据，并将控制指令发送给可控设备【1】。

服务器；物联网；设备；嵌入式；ZigBee

1 引言

物联网是一个集嵌入式技术，传感器技术以及互联网技术为一体的综合技术成果，在物联网中，智能家居是其中非常重要的一部分，远程控制家庭的每一个设备，一直是人们生活中的一个愿望。本文主要涉及内容有服务器的设计、云交互软件的设计、ZigBee的组网通信、Android App的软件设计等。在技术上主要实现了对Linux系统的构建、Android应用程序的UI实现，并对服务器应用程序与云交互进行了详细的介绍。

2 系统的总体方案设计

图1所示为基于Linux操作系统的物联网平台系统模型［2］。

该系统主要分为两方面，一个是硬件系统架构设计，如图2所示；一个是软件系统架构设计，如图3所示。本文主要介绍硬件系统架构设计。

图1 物联网系统模型

图2 硬件系统框架图

图3 软件系统框架图

3 物联网平台各部分的硬件电路设计

基于Linux的物联网平台在硬件上的设计主要分为服务器部分、ZigBee组网部分，和智能硬件部分，服务器部分主要采用S3C2440作为主控制器，在S3C2440主控制器上运行Linux操作系统，主控制器的串口接有ZigBee协调器，与子ZigBee节点进行组网，控制下面的智能设备硬件，智能设备硬件都接在子节点的ZigBee上，这次实现的智能控制的硬件主要有照明灯、温湿度采集器、智能窗帘、烟雾采集系统等，而在S3C2440上接有用于监控的摄像头，对家庭的实况进行图像实时监控和了解，在主控制器上有一个网卡电路，用于主控制器的联网，联网后与物联网云平台进行交互。

3.1 物联网平台主服务器的设计

主控器的硬件框架由S3C2440微处理器、64M的SDRAM内存条、64MNANDFlash存储器和2M的NOR Flash构成，也就是CPU＋RAM＋ROM。服务器核心主控如图4所示。

图4 服务器核心主控

通用异步接收器和发送器统称为UART（串口）。本主控器上的串口主要是用来与ZigBee协调器进行串口通信和数据交换的接口，串口通信分为两种模式，一种是同步通信，一种是异步通信，同步通信比异步通信多一个信号时钟线，保证数据收发同步；而异步通信，收发的字符是一帧一帧的数据包，帧的数据包定义为一个完整的数据包格式，它设置第一个起始位作为帧字符的起始位，最后是奇偶校验［3］。

在整个系统的电路设计中，一共设计了4个串口，一个标准的232串口，3个只有TXD与RXD交换数据的串口，在标准的RS－232串口中，采用标准的9引脚接口，在实际电路中，接入了电平转换芯片pl2303，串口电路接口设计图如图5所示。

图5 串口电路接口设计图

物联网平台使用的网卡是DM9000网卡处理芯片［4］，DM9000网卡芯片是一款百兆网卡处理芯片，它的内部集成有双字16k的缓存SRAM，这个SRAM可以作为网卡接收或发送的数据缓存，它支持两种工作模式，8bit或16bit主机工作模式；它支持两种工作电压，一种是3.3V，另一种是5V；它也支持4个输入输出口；和超低功耗模式、功率降低模式、电源故障模式。DM9000电路设计图如图6所示。

图6 DM9000电路设计图

USB是最常用的数据传输接口，USB总线一共有4根线，一根VCC、一根GND、两根数据传输线（分为输入线、输出线）［5］。在硬件系统中，采用了一个miniUSB母口作为USB调试端口使用，两个是USB母口。

USB母口接口图和miniUSB母头接口图分别如图7和图8所示。

图7 USB接口图

图8 miniUSB接口图

3.2 ZigBee组网电路的设计

ZigBee组网技术经常应用在物联网中，它是一个低功耗、短距离传输的无线通信模块，在ZigBee组网技术中，将ZigBee分为三类设备，分别是 End－Device（终端设备）、Router（路由器）和Coordinator（协调器），在这 3个设备中，ZigBee协调器是一号设备，也是第一个设备，它负责启动整个网络，先选择一个信道和一个ID，随后启动整个网络；ZigBee协调器也被用来帮助建立网络中的安全层和应用层的绑定；然而ZigBee路由器允许其他ZigBee设备加入到路由器初始化的网络中，然后ZigBee路由器与子节点ZigBee设备进行通信；终端设备就是ZigBee子节点，没有维持网络结构的能力和责任，ZigBee子节点可以睡眠或者唤醒，所以它可以是一个单独的电池供电设备［6］。

3.3 智能硬件电路接口的设计与实现

物联网云控制的照明灯是采用白炽灯加继电器的控制形式，使用单片机控制继电器实现继电器的吸合，来控制高压白炽灯的开关［7］。照明电路的设计如图9所示。

图9 照明电路设计图

使用的温度湿度采集传感器是DHT11［8］，它是一款集校准功能的温度及湿度的数字传感器，工作电压在3V－5.5V，它的精度湿度为±5%RH温度为±2℃，量程湿度为20%RH－90%RH，温度为0℃－50℃。温湿度采集电路图如图10所示。

图10 温湿度采集电路图

窗帘控制主要使用单片机控制步进电机转动带动机械结构［9］。

烟雾模块接在单片机上，烟雾模块感测外面烟雾浓度，把数据通过ZigBee传给服务器，再通过服务器传给物联网云平台，最后安卓app接收烟雾浓度数据。

4 结束语

本文主要介绍了物联网控制系统的硬件电路构成，从复杂的嵌入式硬件电路设计，到zigbee组网电路的设计，到后面实现的基于单片机的智能硬件设备电路的实现，将硬件电路、嵌入式系统和软件结合起来，实现完整的物联网平台控制系统［10］。

［1］徐千洋.Linux C函数库参考手册［M］.中国青年出版社，2002.

［2］瞿 雷，胡咸斌.ZigBee技术及应用［D］.北京航空航天大学出版社出版，2007.

［3］田 泽.嵌入式系统开发与应用实验教程［M］.北京航空航天大学出版社，2004.

［4］陈 鑫.嵌入式软件技术的现状与发展动向［M］.软件世界，2001.

［5］田 泽.嵌入式系统开发与应用［M］.北京航空航天大学出版社，2005.

［6］杨海清，周安栋，罗 勇，陈 牧.嵌入式系统实时网络通信中的LCD显示设计方法［J］.计算机与数字工程，2010，（2）.

［7］杜春雷.ARM体系结构与编程［M］.清华大学出版社，2003.

［8］邹思铁.嵌入式Linux设计与应用［M］.北京清华大学出版社，2002.

［9］马忠梅，马广云，徐英慧，田 译.ARM嵌入式处理结构与应用基础［M］.北京航空航天大学出版社，2002.

［10］刘 飞.基于USB摄像头的嵌入式图像采集系统的研究与实现［J］.计算机应用技术，2008.

Hardware implementation of Linux－based internet of things platform control system

WANG Lin
（Xi＇an Aviation Institute，Xi＇an 710000，China）

A method to realize the model of the internet of things is proposed.A server center is set up in the home，which acts as the transfer station for processing the information data collected from the home equipment and controlling the home equipments.The server connects the remote server and sends the data to the external network，also collects the data measured by the hardware device and sends the control instructions to the controllable device［1］.

server；Internet of things；equipment；embedded；ZigBee

TP273

B

1005—7277（2017）03—0052—04

王 琳（1990－），女，陕西富平人，助教，硕士研究生，主要研究方向为计算机视觉、图像处理、数据挖掘、机器学习等。

2016－12－01