摘要：数字家庭是融合了家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的信息化平台，遥控器是数字家庭的控制终端。本文设计的数字家庭遥控器采用了32位ARM处理器内嵌操作系统和网络通讯的解决方案，具有较强的处理能力和可扩展性，实现了家庭网络系统控制、游戏娱乐、视频播放等数字家庭功能。
关键词：数字家庭，遥控器，PXA255，Linux

1  引言

数字家庭是一个融合了家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的信息化平台，通过有线或无线的方式在家庭范围内实现PC、消费电子产品和通信设备的互联和管理，对内实现各种信息的资源共享，对外实现信息的互换。数字家庭遥控器是数字家庭的控制终端，通过红外、蓝牙或Wi-Fi等无线介质连入数字家庭网络，使用户能够随时随地获取家庭控制、数字媒体等信息。

本文的目的是研究并开发一款数字家庭遥控器。普通的遥控器只能控制一个或一类设备，数字家庭遥控器能够通过与家庭网络的通讯，实现对挂接在家庭网络上的所有家用电器的查询与控制。用户可以通过液晶显示随时监控设备的状态和参数。除了家电控制功能以外，数字家庭遥控器还具有丰富的娱乐和多媒体功能，能够实现无线上网、影音播放、视频监控等数字家庭功能。

本文第2节描述数字家庭的系统结构，第3节介绍遥控器的系统设计，包括硬件平台的设计和软件平台的设计，第4节给出结论和创新点。

2  数字家庭的系统结构

数字家庭主要由家庭网关、各种信息终端设备和智能家电设备、家庭智能联网环境三部分组成，如图1^[1]所示。其中家庭智能联网环境包括家庭控制网络和多媒体信息网络。E-Home智能家居系统^[2]是由清华大学自动化系和清华同方公司合作开发的家庭控制网络系统。本文设计的数字家庭遥控器能够控制E-Home、Zigbee等家庭控制网络系统，同时也能够和多媒体信息网络通信，实现无线上网、多媒体浏览等功能。

3  系统设计

3.1  遥控器硬件平台

遥控器的硬件平台以PXA255为核心，包括核心系统、电源系统、音视频系统、以及Zigbee、红外通信等其他功能扩展系统。遥控器硬件结构框图如图2所示。

3.1.1  核心系统设计

数字家庭遥控器的硬件平台采用了Intel公司的Xscale系列CPU PXA255作为核心。PXA255处理器基于ARM V5TE指令集，最高运行频率400MHz，内部集成了大量功能模块，比如LCD控制器、USB Device控制器、PCMCIA卡接口等，功能强、体积小、功耗低。

除了PXA255，系统核心还包括了64MB的SDRAM、32MB的NOR Flash（主要用于存储程序）、128MB的NAND Flash（主要用于存储数据），为了调试方便设计了JTAG接口与RS232串口。嵌入式手持设备一般采用单键延时开关机设计，分为硬开关设计和软开关设计两种。由于PXA255在睡眠状态下功耗很低，为了能够实现快速开关机，设计中采用了单键软开关设计的方法。当系统关机时CPU并未完全掉电，而是进入睡眠状态。

  图1  数字家庭网络结构图                            

 图2  数字家庭遥控器硬件结构框图

3.1.2  电源设计

使用单节锂电池为系统供电。电源系统主要分为充电和电源管理两个部分。

采用MAXIM公司的MAX1555芯片作为充电管理芯片，可以通过5V直流电源或者USB接口为锂电池充电，并用一个LED指示充电状态。采用纽扣型锂电池作为备份电源，当主电源存在时为备份电池充电；当主电源无效时，备份电池接替主电源为实时时钟（RTC）供电。

采用MAX1586芯片作为系统的电源管理芯片。MAX1586芯片针对Xscale系统CPU进行了优化，集成了7路高性能、低工作电流的电源，以及监测和管理功能。为了节约电能，需要根据CPU的运行频率，通过PXA255的I2C接口动态调整内核电压。当系统进入睡眠状态时，可以完全切断CPU的内核电源并将液晶屏、扬声器等外设电源切断。

3.1.3  音视频设计

数字家庭遥控器需要具有较强的音视频功能。选用了NEC的NL2432HC22-22B液晶模块作为显示屏,该模块是3.5英寸、半反射型的TFT液晶屏，具有240x320的分辨率和18位色深，并带有触摸屏接口和矩阵键盘。

PXA255内部集成了AC’97(音频多媒体数字信号编/解码器)控制单元。遥控器采用PHILIPS公司的UCB1400芯片作为音频编解码芯片，实现了双声道音频输出、麦克风音频输入等功能。音频输出部分使用了LM4880功放芯片驱动2个8欧姆扬声器。

3.1.4  其他扩展功能设计

利用PXA255的PCMCIA接口设计了CF扩展卡插槽。CF卡作为一种存储卡接口标准在便携式设备中应用广泛，具有物理尺寸小、低功耗、灵活性强等特点。市面上有大量符合CF卡标准的存储卡、无线网卡、GPS接收器、摄像头等。插入这些符合CF卡标准的I/O卡可以为数字家庭遥控器扩展相应的功能。比如我们通过一个CF以太网卡为遥控器扩展了以太网通信的功能。

红外通信模块选用了安捷伦公司的HSDL-3020红外收发器和TFMS5380红外接收芯片。HSDL-3020具有2个红外发射LED：波长为875nm的红外LED用于IrDA快速数据传输，波长为940nm的LED用于家电红外遥控。其中家电遥控的最远距离为14米；IrDA数据传输的最远距离为50厘米，速率介于9.6kbps和4Mbps（FIR）之间。TFMS5380芯片直接接收波长940nm，载波频率为38kHz的红外信号，并对红外信号解调、放大、滤波、整形。通过软件支持，数字家庭遥控器红外模块具有普通家用电器的万能红外遥控、E-Home系统的红外控制、IrDA红外通信三个功能。

ZigBee（IEEE802.15.4）技术是最近发展起来的一种短距离无线通信技术，被业界认为是最有可能应用在家庭自动化控制的无线方式，市场上已经出现了很多基于ZigBee的家庭控制系统。ZigBee使用2.4GHz波段，采用跳频技术和扩频技术。遥控器设计中选用了飞思卡尔的MC13192芯片作为ZigBee收发器。MC13192采用标准的4线SPI及7根GPIO与PXA255通信。

3.2 遥控器软件平台

数字家庭遥控器的软件平台自底向上分别是Redboot、Linux、MiniGUI和应用程序。其软件平台结构如图3所示。

图3  数字家庭遥控器软件结构框图

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