隨著無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，藍牙、Wi-Fi、UWB和ZigBee等無線技術(shù)層出不窮。但采用藍牙、Wi-Fi和UWB技術(shù)來組建無線網(wǎng)絡(luò)時，需要高性能的處理器和額外的存儲器來處理組網(wǎng)所帶來的大量協(xié)議開銷，同時系統(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。其主要特點有：工作在ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)療公共頻段);10m以上的全方向傳輸范圍;數(shù)據(jù)傳輸率達到1Mbps;具有數(shù)據(jù)傳輸速率高達4M的SPI微機接口;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芯片上，也稱為可配置型混合信號陣列。PSoC為消費類產(chǎn)品、工業(yè)、辦公自動化、電信和汽車領(lǐng)域應(yīng)用提供了具有嵌入式控制功能的高性能現(xiàn)場可編程單片系統(tǒng)。

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

一、整體設(shè)計方案及芯片選擇

系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖1a所示。該系統(tǒng)主要分兩部分：無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)中包含三個節(jié)點：門磁防盜節(jié)點、紅外防盜節(jié)點和火災(zāi)報警節(jié)點。

圖1：(a) 智能家居無線短信安防系統(tǒng)整體設(shè)計方案;(b) GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案系統(tǒng)設(shè)計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專門用于電容傳感器按鍵信號的處理，CY8C29466是GSM/GPRS無線網(wǎng)關(guān)的核心芯片和各節(jié)點的傳感器信號處理芯片。

二、GSM/GPRS網(wǎng)關(guān)設(shè)計

1. 整體方案

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

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

2. 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計工具：PSoC Designer是PSoC的傳統(tǒng)軟件開發(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、定時器、計數(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，進行配置和連線后，即可完成系統(tǒng)設(shè)計。在PSoC Designer環(huán)境下，用戶可以采用單獨C語言或匯編語言編程，也可以采用C語言和匯編語言二者的結(jié)合來編程。PSoC Designer提供單步進、事件觸發(fā)器和多斷點對設(shè)計進行調(diào)試。

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