孫海林

摘 要：智能家居是未來家居的發(fā)展趨勢，是將家里的電器產(chǎn)品通過無線設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)連接后，實現(xiàn)對室內(nèi)條件檢測、動作處理和設(shè)備管理集成系統(tǒng)。本文以自動窗簾控制為例，闡述了一種基于STM32的無線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：智能家居；自動窗簾；STM32

1 概述

隨著人類對舒適家居要求的不斷提高，智能家居越發(fā)受到大眾的關(guān)注。眾多高科技企業(yè)也將制造的重心向智能家居傾斜，許多系統(tǒng)集成化，平臺區(qū)域化產(chǎn)品開始進入公眾生活，同時也為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展注入了活力。在智能家居諸多組網(wǎng)技術(shù)中，屬于不帶線技術(shù)的無線組網(wǎng)，如有WiFi、RFID，因其易擴展，易連接的優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。

2 整體結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計

本文以一種基于STM32的無線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)，具有本地控制和遠程控制的自動窗簾設(shè)計為例。本設(shè)計以單片機搭建系統(tǒng)為開發(fā)平臺，采用主控制器進行傳感器信號采集、數(shù)據(jù)進行分析和判斷，ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，LCD屏顯示相應(yīng)信息，觸摸屏模塊進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。同時，借助GPRS還可以進行采集數(shù)據(jù)傳輸至手機客戶端，機主也可以通過手機APP控制電器動作。

本設(shè)計中共使用到控制器模塊、接口模塊、傳感器模塊、燈光控制模塊、電機控制模塊、無線控制模塊和觸摸屏模塊。出于對成本、功耗、性能以及實用性等多方面的考慮，本設(shè)計中選用性能卓越、能耗低、實時性好的STM32作為核心處理器，其提供的睡眠、停機和待機的低功耗省電模式，也可以最大程度優(yōu)化耗電和性能。主控制器選用STM32F103R8T5單片機，144引腳，外圍電路系統(tǒng)包括電源和接地，秒表電路，電源復(fù)位電路，起動方式選擇控制。出于對減少電路噪聲源，提高系統(tǒng)抗壓性和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮。電源采用總線的分配模式和供電模式，設(shè)計有多個電源和多個接地，復(fù)位電路采用低電平復(fù)位，控制方式為四角按鍵控制。

考慮到串口是單片機和ZigBee調(diào)試的主要途徑，且二者內(nèi)部具有串口控制器，因此接口電路選擇RS232。由于是自動窗簾控制，所以本設(shè)計加裝了傳感器模塊，出于對使用范圍和精度的考慮，本設(shè)計采用了可直接與主控模塊連接讀取溫度數(shù)據(jù)且測溫范圍廣測量精度高的DS18B20溫度傳感器。燈光控制模塊采用無線的觸摸屏控制以PWM波為調(diào)整方式的發(fā)光LED管。電機控制模塊采用包含有信號指示、調(diào)速、持續(xù)性的保護的LM298，該模塊同時還有具有較強的抗干擾能力，在電機驅(qū)動電路中，出于對保護芯片和防止卸流的考慮，還加裝了續(xù)流二極管。無線通信模塊中ZigBee模塊采用CC2530為收發(fā)模塊，GPRS模塊則使用SIM900A。觸摸屏模塊采用的是帶中文字庫，分辨率128×64的7寸電阻式觸摸屏，控制芯片為ADS7843。

3 軟件設(shè)計及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

本設(shè)計采用C語言通過Keil u Vision5進行程序編寫，主要設(shè)計思路如下：系統(tǒng)外設(shè)初始化，GPIO口初始化，運行while檢測函數(shù)key_process（），檢測按鍵的輸入并對結(jié)果進行處理。本系統(tǒng)軟件主要控制部分包括負責(zé)收發(fā)信息的GPRS模塊、手機APP、電機驅(qū)動控制以及傳感器信號收發(fā)。本系統(tǒng)任一模塊在通電時均進行一次初始化，最先開始的是STM32片內(nèi)外設(shè)初始化，其順序GPRS初始化、ZigBee模塊初始化、顯示器初始化和設(shè)置模塊初始化。因為本設(shè)計采用傳感器觸發(fā)任務(wù)，因此將優(yōu)先級按從高到低順序依次設(shè)定為手機本地發(fā)送，用戶遠程發(fā)送，系統(tǒng)本身任務(wù)。以SIM900A的工作過程為例，當(dāng)用戶通過手機與SIM900A模塊進行無線通信時，通過對信息指令的傳輸、發(fā)送、檢測和接收等操作，實現(xiàn)自動窗簾控制設(shè)計中，窗簾可以進行打開、停止和關(guān)閉三種動作模式，此外還可以通過觸摸屏控制器或語音的方式進行控制，電機控制流程如圖2所示。

軟件調(diào)試選擇Keil u Vision5進行，是基于該版本窗口管理系統(tǒng)靈活性較之老版本邀稿，且具有還原視圖以及可以保存多個調(diào)試窗口布局的功能。調(diào)試時通過串口調(diào)試助手工具生成的模擬試驗，可以將仿真信息傳至計算機實施分析。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要檢測窗簾驅(qū)動電路，是否能有效工作，即能否穩(wěn)定完成開關(guān)窗簾的動作，窗簾停止?fàn)顟B(tài)時限位開關(guān)是否在極限位置，當(dāng)電機發(fā)生阻塞狀況時是否能選取適當(dāng)?shù)碾娏鏖撝?。此外還要進行如下調(diào)試，一是傳感器觸發(fā)功能調(diào)試，檢查當(dāng)觸發(fā)2個及以上傳感器任務(wù)時，能否按照優(yōu)先級任務(wù)順序執(zhí)行任務(wù)。二是遠程報警和控制功能調(diào)試，檢查GPRS模塊和用戶手機制件進行信息傳遞和命令提取時是否出現(xiàn)信息丟失的現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]施磊磊.基于SMT32的智能家居控制系統(tǒng)研究[D].中原工學(xué)院，2017.