基于物联网的智能家居控制系统设计与实现.docx

基于物联网的智能家居控制系统设计与实现王卿斌摘要：由于科学技术的进步，“智能”渐渐融入到人们的生活当中，从智能手机的诞生到现在智能家居的开发，智能产品在人们生活中越来重要。基于人们的需求，于是造就了智能产品广阔的市场。智能家居的设计便具有了重要意义，一种好的设计思路就显得尤为重要了。本文就模块化设计思路在智能家居控制系统中的应用进行了探究。关键词：智能家居；物联网；以太网；RS-485；ARM；GPRS中图分类号：TP273文献标识码：A1系统整体结构系统主要分五个部分组成，供电部分：供电部分为智能家居控制系统室内系统部分供电。系统远程通信部分：系统远程通信部分主要是通过Internet进行远程控制家居设备。中央控制器：中央控制器是智能家居控制系统的核心部分，中央控制器接收由各个功能子模块采集到的数据信息然后对采集到的数据信息进行处理分析，并根据分析的数据做出相应的指令。功能子模块：每个功能子模块实现自己特定的功能。系统室内通信部分：系统室内通信部分主要是各功能子模块与中央控制器之间的通信，选择的无线组网技术是ZigBee无线技术。2各模块的硬件设计2.1STM32F407最小系统STM32F407单片机是意法半导体有限公司生产的一款低功耗、基于ARM内核的高性能32位微控制器，具有1MBFlash、192+4KbytesRAM、80个I/O接口线、看门狗定时器、3个ADC、2个DAC、串行接口、外存接口、实时时钟、以太网MAC、照相机接、CRC计算单元和模拟真随机数发生器在内的整套先进外设。任何一个处理器都必须拥有一个最小系统才能正常工作，我们所设计的STM32F407最小系统包括一个25MHz晶振电路和一个PowerOnReset电路.2.2网关节点硬件设计网关节点在ZigBee网络中也充当协调器的作用，主要负责无线数据的汇聚以及ZigBee网络与互联网的连通。图2为网关节点的硬件框图，网关节点由CC2530芯片、ARM芯片、电源和网卡模块组成。内部网络中，网关节点需要负责家庭局域网中无线网络的建立并完成对终端节点数据的融合和处理，通过CC2530片上系统来实现与终端节点之间的通信。外部网络中，网关节点通过网卡与家庭中的路由器互联，使之接入互联网。网关节点硬件较复杂，在网络通信环节作为因特网与ZigBee网络之间的中介，承担着重要的功能。本文用ARM系列处理器来实现CC2530芯片与网卡之间的硬件连接，实现两个异构网络的协议转换。2.3红外测温传感器硬件设计在厨房用煤气灶烧水时由于离开厨房去做其它事情，往往会忘记正在烧水而引起事故，本设计中利用红外线采集模块实时采集水壶中水的温度，当水的温度达到设定值时，会发出报警声，如果在一定的时间没有人过来关闭燃气灶，系统会自动切断燃气灶的燃气供应。不仅仅是烧水，煲汤、蒸煮时可以根据不同的饭菜蒸煮的时间手动设置好时间，时间到后系统同样会发出报警声，如果一定时间内没有人来，系统会自动切断燃气。本设计中采用非接触MLX90614红外线测温模块进行对水壶中水温的测量.2.4LCD模块LCD模块采用的是1.44寸，分辨率为128×128，3/4线SPI接口TFT彩色液晶屏。LCD主要参数：显示色彩为65K，分辨率是128×128，点距为0.1992（H）×0.207（V）（mm），显示类型为全透型，背光灯颜色及类型：白色LED背光，背光LED驱动电压：15mA/3.2V，显示屏的外形尺寸为33.26×38.00×2.60mm，可视面积：27.10×28.64mm，点阵区面积：25.50×26.50mm，使用寿命长达100000h，屏幕工作温度在-20摄氏度到70摄氏度之间，其响应时间为0.1（ms）。LCD模块通过PE10～PE15I/O口连接到单片机.2.5继电器模块继电器模块使用的是1路10A光耦隔离继电器模块，继电器输出回路的常开接口最大负载为交流250V/10A或直流30V/10A；输入回路与输出回路采用贴片光耦隔离，因此驱动能力强、性能稳定的特点；输入回路额定工作电压为5V，触发电流为5mA；模块可以采用高电平触发或低电平触发。继电器模块本身包含了容错设计，控制端不发出信号更改指令，即使控制线断，继电器也不会改变当前工作状态；而且接口设计人性化，连接方便。继电器模块控制系统的接口有DC+（电源正极接口）、DC-（电源负极接口）、IN（信号触发接口），被控制系统有NO（继电器常开接口）、COM（继电器公用接口）、NC（继电器常闭接口）。单片机系统通过PB2I/O口控制继电器.2.6手机端设计目前的手机绝大部分都已集成了4G网络通信，可以很方便地使用4G网络与家居网关进行高速数据传输。本文基于Android系统来进行手机端的程序开发，目前Android系统在手机占有率中长期保持第一，用户