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智能家居无线网络通讯协议设计方案

发布时间:2020-06-30 19:16:54 阅读: 来源:视保屏厂家

"智能家居"(smart home)又称智能住宅,它利用先进的计算机技术、嵌入式系统技术、网络通讯技术与传感器技术等,把家中的各种设备有机的结合起来,优化用户生活方式,方便用户管理设备,并能通过场景设定使多个设备间形成联动。

家庭网络的分层结构中,整个系统分成5 层:

物理媒体层(Media),底层协议层(Protocol)、应用程序接口层(API)、应用程序层(APP)和最终用户接口层(UI)。其中第一、二层标准已经颁布并在实际中应用;第三层(API)是家庭网络技术发展的关键,是当前业界研究的热点;第四层是应用程序层,是在第三层的基础上由技术人员开发的各种应用程序;第五层是各种用户接口(UI)工具,包括各种遥控装置、应急开关、求助按钮以及其它可视接口设备,对整个系统性能的发挥和使用至关重要。本文主要针对第三、四层结构,设计符合智能家居系统平台的数据通讯协议。

1 系统总体方案

1.1 总体设计方案

图1 中ARM 主控制器作为智能家居远程Web 服务器,通过以太网芯片ENC28J60 接收远程控制数据包,完成数据解析后通过射频模块发送控制命令,延时并接收节点应答数据,将应答数据以json 数据格式(一种数据保存格式)通过网关发送局部更新Web信息,达到监测控制家居环境的效果。

图1 智能家居远程监控方案

1.2 控制单元

控制单元采用ARM 微控制器STM32F103RBT6,Cortex-M3 内核,64 引脚LQFP 封装。具有128K 字节的程序存储空间,20K 字节的RAM,最高工作时钟72MHz,具有丰富的片上资源,有7 通道DMA 控制器,能够支持SPI,USART 等外设。适合低成本,低功耗的嵌入式系统的开发与设计。

图2 中,该芯片通过SPI 串口共连3 外设:SD 卡接口、以太网芯片ENC28J60 以及射频模块芯片M 微控制器的PA4-PA7 口分别作为SD卡的片选信号,时钟信号引脚,MISO 和MOSI 口;PB12-PB15 分别作为以太网芯片ENC28J60 的片选信号,时钟信号引脚,MISO 和MOSI 口;PC6 为射频模块RX/TX 模式使能端,PC7 为SPI 使能引脚,PC10-PC12 分别作为射频模块nRF24L01 的MOSI,MISO 和时钟信号引脚,结合MCS-51 单片机的微控制应用能力,设计了一种简单、实用的嵌入式智能家庭网关及终端控制方案。

图2 系统控制单元设计。

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