何文超　郭盼　王國健

摘 要：在介紹當前智能家居系統(tǒng)的發(fā)展前景和主流的設計思想的基礎上，分析了現(xiàn)今智能家居系統(tǒng)的優(yōu)缺點。應用ARM平臺開發(fā)智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)主控制器、無線傳輸模塊、藍牙通信模塊、WiFi模塊以及GSM模塊組成。以無線通信模塊實現(xiàn)信息的監(jiān)測與控制；藍牙通信模塊實現(xiàn)手機與控制器的局域網(wǎng)絡控制；GSM模塊實現(xiàn)短消息報警功能；WiFi模塊將室內信息上傳至網(wǎng)絡服務器。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 無線通信

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0001-02

現(xiàn)代的智能家居系統(tǒng)，主要以網(wǎng)絡通信技術和安全防范技術為核心，實現(xiàn)居住環(huán)境監(jiān)控、自動報警等功能。隨著經(jīng)濟發(fā)展，未來智能家居系統(tǒng)將成為主要的發(fā)展趨勢。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，為智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡化設計提供了便利，大大促進了智能家居系統(tǒng)的推廣。

1 系統(tǒng)總體方案設計

1.1 系統(tǒng)結構和特點

系統(tǒng)以STM32單片機為總控制器，通過NRF24L01無線通信模塊與從機進行數(shù)據(jù)通信。HC-05藍牙模塊實現(xiàn)與手機間的信息交互。GSM實現(xiàn)短信報警功能。WiFi模塊將室內信息傳到物聯(lián)網(wǎng)。

主控制器與GSM模塊之間采用串口方式通信，主控制器與藍牙模塊間采用串口通信，主控制器與無線通信模塊間采用SPI協(xié)議通信。從機采用STC89C52單片機，通過NRF24L01無線通信模塊與主控制器進行通信。

1.2 芯片的選型及介紹

（1）主控制器芯片的選用。

該系統(tǒng)的主控制器芯片選用STM32F-103VET6。芯片內部集成有5個串行總線接口。其中，USART1～UART3為異步串行通信，UART4和UART5是同步穿行通信。系統(tǒng)與GSM模塊通信選擇USART2，與藍牙模塊通信選擇USART3，與ESP8266模塊通信選擇USART1。芯片集成有3個專門用于SPI協(xié)議通信的接口，該系統(tǒng)選用SPI1與無線通信模塊間進行通信。

（2）無線通信模塊。

無線通信模塊采用NRF24L01，與控制器間采用SPI協(xié)議通信。最高工作速率2 Mbps，采用高效的GFSK調制，抗干擾能力強。其工作電壓為1.9～3.6 V，因此采用3.3 V電壓供電，SPI管腳直接與單片機相應管腳相連接。

NRF24L01的工作模式主要有收發(fā)模式、配置模式、空閑模式以及關機模式。其工作模式由PWR_UP寄存器、PRIM_RX寄存器以及CE引腳決定，系統(tǒng)工作時，將處于收發(fā)模式。收發(fā)模式有三種：Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式、ShockBurstTM收發(fā)模式以及直接收發(fā)模式。此處選擇Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式。在此模式下，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)時，芯片自動處理數(shù)據(jù)，節(jié)省編程空間。

（3）GSM模塊。

GSM模塊選擇SIM800A模塊，與控制器間采用串口通信。模塊供電電壓5 V。由于單片機的串口能夠承受5 V電壓，可將GSM模塊與單片機的串口直接相連。

GSM模塊主要功能是實現(xiàn)短消息報警。當室內安防系統(tǒng)發(fā)出報警觸發(fā)信號時，GSM模塊會將報警信息以短消息的形式發(fā)送到指定的手機中。

（4）WiFi模塊。

GSM模塊本身可以向網(wǎng)絡服務器傳輸數(shù)據(jù)，但需要消耗流量，因此選用Wifi模塊向網(wǎng)絡服務器傳輸數(shù)據(jù)。WiFi模塊選擇ESP8266，默認波特率是115 200。接入家里路由后，能夠實現(xiàn)向網(wǎng)絡服務器傳輸數(shù)據(jù)。

（5）藍牙通信模塊。

藍牙通信模塊用于局域網(wǎng)絡通信。用戶處于家內時可通過藍牙接入設備，監(jiān)控和無線操控室內的燈具等開啟和關閉。

2 系統(tǒng)軟件設計

軟件部分主要介紹主機與從機通信協(xié)議。

表1中，主機向從機發(fā)送的信息包括設備的類型碼、設備地址碼以及控制字。從機接收到相應的命令后，當接收到的設備類型碼與地址碼與其本身的類型碼及地址碼相匹配時，將會按照預定義的控制字執(zhí)行相應的操作。其他不匹配的從機不進行操作。從機響應主機的操作后，會將從機的類型碼、地址碼以及狀態(tài)字發(fā)送給主機。設備的類型碼定義如表2所示。

表2地址碼中的X代表同類型設備編號，X的取值為1～N。設備的控制字為01、02或03。其中01表示讀取信息，如溫度傳感器的數(shù)據(jù)。02表示燈光的開啟，03表示燈光的關閉。從機接收控制字為01時，向主機發(fā)送數(shù)據(jù)信息，接受到02或03時，對設備進行控制，并發(fā)送設備狀態(tài)。

3 結語

在分析了當前智能家居系統(tǒng)的設計思想的基礎上，該文以NRF24L01作為無線通信模塊，以主從通信方式進行室內電氣控制及環(huán)境監(jiān)控。以GSM模塊實現(xiàn)遠程報警功能，藍牙模塊實現(xiàn)手機局域網(wǎng)絡控制功能，并將室內信息通過WiFi模塊發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)服務器。系統(tǒng)可靠性高，且增填設備方便，為智能家居系統(tǒng)的研發(fā)提供了一個可行的方案。

參考文獻

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