GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)智能家居短信安防系統(tǒng)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，藍(lán)牙、Wi-Fi、UWB和ZigBee等無(wú)線技術(shù)層出不窮。但采用藍(lán)牙、Wi-Fi和UWB技術(shù)來(lái)組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要高性能的處理器和額外的存儲(chǔ)器來(lái)處理組網(wǎng)所帶來(lái)的大量協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)系統(tǒng)功耗也較高。另一方面，ZigBee技術(shù)雖然功耗較低、聯(lián)網(wǎng)方便，且已在家庭控制網(wǎng)絡(luò)中得到成功應(yīng)用，但由于其傳輸速率最高僅為250kbps，限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。

CY6936是賽普拉斯(Cypress)公司最新推出的低成本高集成射頻片上系統(tǒng)，它提供了針對(duì)低速、低成本的Wireless USB串口SPI到射頻發(fā)射的調(diào)制解調(diào)方案。其主要特點(diǎn)有：工作在ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療公共頻段);10m以上的全方向傳輸范圍;數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到1Mbps;具有數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)4M的SPI微機(jī)接口;靜態(tài)工作電流低于1mA;工作電壓范圍為1.8V至3.6V。CY6936非常適合用于中低速率、低成本、低功耗的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之中。

PSoC(Programmable System on Chip)芯片是賽普拉斯公司推出一種可編程片上系統(tǒng)，它將一個(gè)8位微控制器與可編程數(shù)字陣列、可編程模擬陣列集成在一個(gè)芯片上，也稱(chēng)為可配置型混合信號(hào)陣列。PSoC為消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品、工業(yè)、辦公自動(dòng)化、電信和汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用提供了具有嵌入式控制功能的高性能現(xiàn)場(chǎng)可編程單片系統(tǒng)。

本文基于PSoC芯片和CY6936無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)智能家居短信安防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了安防傳感器節(jié)點(diǎn)和GPRS網(wǎng)關(guān)之間的無(wú)線通信，系統(tǒng)能夠用短信的方式方便、快捷、廉價(jià)地對(duì)居室中的各種緊急情況進(jìn)行報(bào)警。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中始終遵循低成本、低功耗、電路簡(jiǎn)單、使用方便的原則。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：安防傳感器節(jié)點(diǎn)采用電池供電，實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)計(jì)，且可以在家庭中隨意放置;家中的安防報(bào)警信息可以通過(guò)短信及時(shí)通知主人或物業(yè)管理人員;設(shè)計(jì)了一個(gè)緊急報(bào)警按鍵，方便家人在緊急情況下的報(bào)警;設(shè)計(jì)了鍵盤(pán)和顯示器等人機(jī)接口，用戶可以修改短信報(bào)警電話號(hào)碼、修改密碼等;為了保證家中信息安全，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了密鑰及密鑰發(fā)布和管理。

一、整體設(shè)計(jì)方案及芯片選擇

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1a所示。該系統(tǒng)主要分兩部分：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)中包含三個(gè)節(jié)點(diǎn)：門(mén)磁防盜節(jié)點(diǎn)、紅外防盜節(jié)點(diǎn)和火災(zāi)報(bào)警節(jié)點(diǎn)。

圖1：(a) 智能家居無(wú)線短信安防系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案;(b) GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心芯片均選用塞普拉斯公司的PSoC芯片，分別是CY8C21534和CY8C29466。其中，CY8C21534專(zhuān)門(mén)用于電容傳感器按鍵信號(hào)的處理，CY8C29466是GSM/GPRS無(wú)線網(wǎng)關(guān)的核心芯片和各節(jié)點(diǎn)的傳感器信號(hào)處理芯片。

二、GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

1. 整體方案

GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案如圖1b所示。PSoC芯片和CY6936無(wú)線收發(fā)模塊是網(wǎng)關(guān)的核心。CY6936無(wú)線收發(fā)模塊接收來(lái)自各節(jié)點(diǎn)的傳感器信息，并將接收的傳感器信息發(fā)送給PSoC芯片。PSoC芯片將各節(jié)點(diǎn)的信息顯示在LCD液晶上，并通過(guò)LED和蜂鳴器為家內(nèi)用戶提供警示，然后將報(bào)警信息通過(guò)串口發(fā)送給GSM/GPRS模塊，最終發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶。

此外，還根據(jù)需要為網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)了44的觸摸式按鍵，用于修改網(wǎng)關(guān)的電子密碼以及報(bào)警手機(jī)號(hào)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)緊急報(bào)警按鍵。按鍵的信息經(jīng)CY8C21534處理后發(fā)送給CY8C29466。

2. 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)工具：PSoC Designer是PSoC的傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它是一款功能全面的基于圖形用戶接口(GUI)的設(shè)計(jì)工具套件。該軟件提供豐富的模擬和數(shù)字器件模塊(如PGA、ADC、DAC、濾波器、比較器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM、SPI和UART等)，用戶選擇器件模塊后，放置到可編程模擬和數(shù)字模塊陣列中，進(jìn)行配置和連線后，即可完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在PSoC Designer環(huán)境下，用戶可以采用單獨(dú)C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程，也可以采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言二者的結(jié)合來(lái)編程。PSoC Designer提供單步進(jìn)、事件觸發(fā)器和多斷點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試。

用戶模塊設(shè)計(jì)：采用PSoC Designer 4.3作為開(kāi)發(fā)工具，在設(shè)計(jì)中采用了CSR、LCD、SPIM、SPIS等用戶模塊。