匡暢 嚴(yán)懷安

摘 要：現(xiàn)有基于無線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)存在一些問題，如無線信號(hào)相互干擾，需要額外安裝無線設(shè)備等。本文設(shè)計(jì)的基于電力載波通信的智能家居系統(tǒng)，可以不安裝任何額外線纜和設(shè)備，直接利用現(xiàn)有電力線和電力插座即可實(shí)現(xiàn)家居智能化。本設(shè)計(jì)功能全面、安裝方便、易于管理，非常適合非智能家居系統(tǒng)的智能化改造。

關(guān)鍵詞：智能家居；電力載波通信；STM32

中圖分類號(hào)：TN913.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）23-0024-02

Design of Intelligent Home System Based on Power Carrier Communication

KUANG Chang YAN Huaian

（Guangdong Polytechnic of Water Resources and Electric Engineering，Guangzhou Guangdong 510635）

Abstract： There are some problems in the existing intelligent home system based on wireless communication technology， such as wireless signals interfere and additional wireless devices are needed. In this paper， based on the power carrier communication intelligent home system， you can't install any additional cables and equipment， direct use of existing power lines and power outlets to achieve intelligent home. The design features a comprehensive， easy installation， easy to manage， very suitable for non-intelligent home system of intelligent transformation.

Keywords： intelligent home；power carrier communication；STM32

智能家居為人們提供了更為方便舒適的生活方式，它充分利用自動(dòng)控制、人工智能和傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將人們從煩瑣的家務(wù)勞動(dòng)中釋放出來，較好地滿足了人們的生活需求[1]?，F(xiàn)有智能家居主要基于無線通信方式，對(duì)于需要智能化改造的家居系統(tǒng)，往往需要添加很多無線傳感器和無線設(shè)備，眾多的無線網(wǎng)絡(luò)和家中的其他無線通信網(wǎng)絡(luò)相互沖突，如和WFI、藍(lán)牙以及手機(jī)信號(hào)沖突等。

1 總體框架

基于電力載波的智能家居系統(tǒng)由用戶端、服務(wù)器端和控制終端組成，如圖1所示。用戶端可以使用手機(jī)、電腦等方式訪問服務(wù)器；服務(wù)器端由網(wǎng)頁服務(wù)器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；控制終端由主控芯片、傳感模塊和電力載波模塊組成。

網(wǎng)頁服務(wù)器由STM32主控芯片、網(wǎng)絡(luò)模塊、SD卡模塊等構(gòu)成。服務(wù)器可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況獲取IP地址，監(jiān)聽來自網(wǎng)絡(luò)的頁面請(qǐng)求并響應(yīng)請(qǐng)求，服務(wù)器的網(wǎng)頁信息和后臺(tái)數(shù)據(jù)存放在SD卡中。

基于電力載波的智能家居系統(tǒng)是由電力載波模塊、STM32芯片、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、用戶操作端構(gòu)成。負(fù)載的信息通過STM32芯片的收集、整理傳輸?shù)诫娏d波模塊，電力載波模塊經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后，數(shù)據(jù)通過電力網(wǎng)傳輸?shù)搅硗獾碾娏d波模塊，電力載波模塊將接收到的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中并加載到服務(wù)器上，從而通過互聯(lián)網(wǎng)反饋給用戶，等待用戶的指令做進(jìn)一步的處理。與傳統(tǒng)通信方式相比較，電力載波（Power Line Communication，PLC）具有傳輸速率快、無需重新布線、成本便宜的優(yōu)勢(shì)，為家庭通信提供了極大的便利[2]。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制終端使用的是意法半導(dǎo)體推出的32位Cortex-M3內(nèi)核STM32F103系列單片機(jī)。STM32系列單片機(jī)作為目前主流的控制核心，集成了多種總線和豐富的硬件資源，具有很強(qiáng)的處理性能，同時(shí)運(yùn)行功耗低，具有工業(yè)級(jí)的穩(wěn)定性，不僅性能優(yōu)越而且價(jià)格低廉，性價(jià)比極高，完全能夠滿足本設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的控制要求。

如圖2所示，在控制方面，使用了繼電器模塊和萬向紅外模塊對(duì)家電的開關(guān)及運(yùn)行模式進(jìn)行控制。在數(shù)據(jù)采集方面，使用溫度、濕度、光敏及音量等傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)家電運(yùn)行情況和用戶行為的采集、處理和傳輸。該控制終端基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)一般家居家電運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)采集的功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

在軟件方面，本設(shè)計(jì)使用電力載波通信模塊搭建了一個(gè)電力線通信網(wǎng)絡(luò)，編寫了一套上層通信協(xié)議。該協(xié)議為每個(gè)通信模塊設(shè)置了獨(dú)立的地址，該地址包含網(wǎng)段地址和硬件地址，其中網(wǎng)段地址標(biāo)識(shí)了目前服務(wù)器模塊所處的網(wǎng)段地址，不同的服務(wù)器擁有不同的網(wǎng)段地址，在同一個(gè)電力線系統(tǒng)中可以共存256個(gè)服務(wù)器，同一網(wǎng)段下的通信模塊使用同樣的網(wǎng)段地址。

通信模塊接入電力線通信網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)地址請(qǐng)求幀，在該請(qǐng)求幀中，通信模塊會(huì)向服務(wù)器說明自己的工作類型是智能插座、萬能遙控器還是傳感器模塊。服務(wù)器收到請(qǐng)求后會(huì)自動(dòng)響應(yīng)，回復(fù)一個(gè)沒有被使用的硬件地址，并記錄下該通信模塊的類型，以便在后續(xù)通信中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)或發(fā)送控制指令。

在服務(wù)器方面，使用HTML語言編寫了一個(gè)網(wǎng)站，網(wǎng)站存放在服務(wù)器的SD卡內(nèi)。配合內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫，用戶可以通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)訪問該網(wǎng)站，瀏覽智能家居系統(tǒng)目前的運(yùn)行狀態(tài)，獲取如溫度、濕度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解家居的情況。同時(shí)，用戶可以遠(yuǎn)程控制家居，改變其運(yùn)行模式或開關(guān)家電。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于電力載波的智能家居系統(tǒng)具有安裝方便、控制簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，為普通家居升級(jí)智能家居提供了極大的便利。針對(duì)電力載波通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題和干擾問題，我們編寫了上層通信協(xié)議來保障通信質(zhì)量，能夠滿足本文智能家居的通信。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛，陳金鷹，劉香燕.智能家居應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展分析[D].成都：成都理工大學(xué)，2016.

[2]湯春龍.智能家居信息采集系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2014.