基于STM32的小型智能家居系統(tǒng)設(shè)計

李麗

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一項重要應(yīng)用也隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展發(fā)生了明顯的改善。現(xiàn)階段，智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用還僅僅只是存在于高端群體中，其主要原因還是由于智能家居系統(tǒng)的性價比，為實現(xiàn)智能家居市場的有效擴(kuò)展，開發(fā)和研制出一種針對低端用戶及大眾化的小型智能家居系統(tǒng)就顯得尤為必要。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；小型；大眾化；STM32

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

智能家居就是以居家環(huán)境為平臺，并實現(xiàn)了建筑、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、通信以及自動化技術(shù)的互相融合，從而實現(xiàn)了一種囊括了服務(wù)性、功能性以及管理性為一體的安全便利并且環(huán)保的居住環(huán)境?；赟TM32系列芯片小型智能化家居系統(tǒng)的核心是智能家居控制器，同時也包括了多功能面板、智能插座以及窗戶控制模塊和電動窗簾等多項智能家居產(chǎn)品。通過WIFI或者以太網(wǎng)，實現(xiàn)智能家居控制器與家庭信息互聯(lián)處理中心的及時通信。

一、智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

（一）智能家居系統(tǒng)控制器

智能家居控制器模塊作為整個智能家居系統(tǒng)的核心內(nèi)容，對整個智能家居系統(tǒng)功能的成功實現(xiàn)具有關(guān)鍵性的作用。本文中，小型智能家居控制系統(tǒng)是基于STM32的芯片設(shè)計，并根據(jù)控制器的功能，將其具體劃為以下幾個模塊：模擬量輸入模塊、RS485通信模塊、以太網(wǎng)接口模塊、電源模塊、LED顯示模塊的輸入和輸出，開關(guān)量輸出模塊、無線通信模塊等。

（二）智能家居產(chǎn)品介紹

1 智能插座

STM32系列的芯片設(shè)計同樣作為智能家居系統(tǒng)中智能插座的核心，同時在其內(nèi)部也涵蓋了繼電器、ADE7753的電能芯片以及液晶顯示屏等模塊，從而能夠準(zhǔn)確的顯示出對應(yīng)的家用電器的電量參數(shù)；另外還能夠?qū)矣秒娖鞯碾娫磫訒r間進(jìn)行個性化的設(shè)置，進(jìn)而實現(xiàn)家庭用電負(fù)荷的最合理分配，促使電網(wǎng)功能得以成功實現(xiàn)，既可以獨(dú)立工作，也可以通過485總線與系統(tǒng)控制系通訊完成相關(guān)操作。

2 紅外多功能轉(zhuǎn)發(fā)器

智能家居系統(tǒng)的紅外轉(zhuǎn)發(fā)器裝置能夠?qū)矣秒娖魅珉娨暀C(jī)、空調(diào)以及冰箱和其它設(shè)備的遙控紅外信號進(jìn)行學(xué)習(xí)、接收及存儲與轉(zhuǎn)發(fā)等操作，同智能插座一樣，既可以獨(dú)立的完成工作，也可以借助485總線實現(xiàn)與控制器的通訊。

3 觸摸屏

在本文所設(shè)計的小型智能家居系統(tǒng)中所采用的是一彩色觸摸屏，該顯示屏采用一種具有較高清晰度的四線電阻式TFT液晶顯示屏，高清晰度，尺寸為7英寸，800×480分辨率，該產(chǎn)品具有高級塑料結(jié)構(gòu)，而且工業(yè)級能源消耗比較低，其主要規(guī)格：400MHZ的CPU頻率，64G的閃存以及64M的內(nèi)存，小于7W的功率，接口包括了1*RS485的隔離接口和1*RS232的隔離接口，一主一從的1*USB接口，電源輸入為24VDC；同時還安裝了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的組態(tài)軟件。另外，該產(chǎn)品通過總線485和智能家居控制器，還實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程傳感和各種情境模式的設(shè)置功能。

4 多功能面板

該小型智能家居系統(tǒng)中的多功能面板同樣是以STM32系列的芯片為核心，主要包括了4路繼電器的輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)對4路用電負(fù)載如燈、排風(fēng)扇等設(shè)施的同時控制，該產(chǎn)品既可以獨(dú)立的展開工作，也可以通過485總線實現(xiàn)與系統(tǒng)核心控制器的實時通訊。

二、小型智能家居系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計

在該小型智能家居系統(tǒng)中具體所涉及到的硬件部分有STM32系列的芯片、8路雙向的光耦隔離TLP280-4、5路RS485總線、8路達(dá)林頓驅(qū)動ULN2803、2路高速的光耦隔離器6N137、以太網(wǎng)ENC28J60以及Flash存儲器SST25VF016B。

1 STM32系列芯片介紹

STM32系列芯片在設(shè)計過程中采用了具備高性能特點(diǎn)的ARM Cortextm-M3 32位的RISC內(nèi)核，其工作頻率達(dá)到了72MHz，在高達(dá)512K字節(jié)的閃存以及64K字節(jié)的SRAM的內(nèi)置高速存儲器中也涵蓋了一512字節(jié)的閃存微控制器；另外還包含了若干個標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)的通信接口，總共具有11個定時器及13個通信接口，在本設(shè)計中，并對STM32芯片的管腳進(jìn)行了詳細(xì)的功能劃分。

2 以太網(wǎng)模塊ENC28J60

憑借以太網(wǎng)端口，在小型智能家居系統(tǒng)的設(shè)計過程中方能實現(xiàn)系統(tǒng)各個控制器與家庭信息處理中心的實時通信。

3 ADE7553單相電能計量芯片

該芯片具有良好的低能耗與高精度的功能特點(diǎn)，在該芯片中的有功電能計量誤差能夠保證在0.1%以內(nèi)，其準(zhǔn)確度相比其它芯片具有明顯的優(yōu)勢，同時，采用直流供電，電壓等級為5V，與DT/雙傳感器接口和SPI串行通信；另外在芯片內(nèi)部存在著較多的寄存器，在具體的設(shè)計過程中僅需要對內(nèi)部寄存器進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作即可完成。

4 Flash存儲器SST25VF016B

該存儲器的主要功能就是對該小型智能家居系統(tǒng)中的各個設(shè)備的IP地址進(jìn)行匯總和存儲。

5 RS485總線接口通信芯片SN65LBC 184

在系統(tǒng)設(shè)計過程中，該裝置的重要作用就是實現(xiàn)探測器與前端智能設(shè)備的半雙工方式的通訊。在該通信芯片的應(yīng)用過程中，其通信方向的控制由DIR5來完成，如果DIR5端為低電平時，此時控制器為發(fā)送狀態(tài)，相反，若為高電平，則為接收狀態(tài)。

6 雙向光耦隔離TLP280-4和高速光耦隔離6N137

TLP280-4就是一微型的耦合器，一般適用于貼片安裝，并在PCMCIA傳真調(diào)制解調(diào)器與可編控的控制器電路中廣泛應(yīng)用；而6N137光耦合器屬于一款在單通道條件下應(yīng)用的高速光耦合器，在該光耦合器內(nèi)部含有一LED（其波長為850納米）以及一集成檢測器，而這一集成檢測器又由高增益線性運(yùn)放和一光敏二極管以及一集電極開路的三極管聯(lián)合組成；另外，該光耦隔離器同時還兼具了電壓、電流以及溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?，在高速?shù)字開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路等領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。本文所設(shè)計的小型智能家電系統(tǒng)中，其8路光耦合隔離輸入端電路就是由TLP280-4所構(gòu)成，而該系統(tǒng)的2路高速光耦隔離器的輸入端電路則是由6N137所組成。

7 該小型智能家居系統(tǒng)供電電路系統(tǒng)

該智能家居系統(tǒng)的電源輸出由系統(tǒng)控制器所提供，所提供的電源來實現(xiàn)系統(tǒng)中所有的智能用電產(chǎn)品的使用，如智能家居產(chǎn)品（多功能面板和智能插座等）、觸摸屏以及上位機(jī)管理軟件等；其中上位機(jī)管理軟件是一款基于LABVIEW開發(fā)環(huán)境中得以開發(fā)應(yīng)用的軟件，也是該智能家居系統(tǒng)的重要集中管理工具和手段，通過智能家居控制器的底層控制協(xié)議以及以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)了該管理軟件在系統(tǒng)應(yīng)用層面的有效融合，進(jìn)而實現(xiàn)了對家居中的電器設(shè)備、安防設(shè)備以及燈光、溫度等設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)，同時實現(xiàn)了對相關(guān)場景的定時、設(shè)置等遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

小型智能家居系統(tǒng)中的軟件設(shè)計也是以STM32單片機(jī)為基礎(chǔ)，并通過C語言的編程來完成，這一設(shè)計過程中同時也涵蓋了系統(tǒng)控制器程序以及多項設(shè)備的驅(qū)動程序；在系統(tǒng)中，通過RS485總線實現(xiàn)控制器與智能模塊之間的實時通訊，同時也可以直接的使用標(biāo)準(zhǔn)化的串口驅(qū)動程序；另外，觸摸屏與智能家居控制器之間的通信功能的實現(xiàn)同樣也是依據(jù)RS485總線，而對家居設(shè)備的控制以及相關(guān)情景模式的設(shè)定則是憑靠系統(tǒng)預(yù)裝的嵌入式實施多任務(wù)操作系統(tǒng)組態(tài)軟件來完成。

結(jié)語

本文成功設(shè)計出了一款小型的智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STM32芯片為基礎(chǔ)，該系統(tǒng)的智能家居模塊主要涵蓋了智能控制器、多功能面板、智能電度表以及智能插座等多項家居模塊；與此同時，該智能家居系統(tǒng)有效地結(jié)合系列安防產(chǎn)品如煙感探測器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及紅外探測器等，共同打造完成了一完善的智能家居系統(tǒng)；該小型智能家居系統(tǒng)具有靈活的控制方式，而且其各個模塊功能也具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性能；另外，設(shè)備操作簡單快捷，在家庭、學(xué)校、醫(yī)療以及試驗研發(fā)等多個領(lǐng)域都適合應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對物質(zhì)生活的要求也必定會越來越高，智能家居系統(tǒng)的小型化也必定是未來以發(fā)展潮流，因此，小型智能家居系統(tǒng)在今后的發(fā)展過程中的應(yīng)用也必將會越來越普遍，得到人們的認(rèn)可與歡迎。

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