基于STM32的小型智能家居系統(tǒng)設計

李麗

摘 要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術的一項重要應用也隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展發(fā)生了明顯的改善。現(xiàn)階段，智能家居系統(tǒng)的應用還僅僅只是存在于高端群體中，其主要原因還是由于智能家居系統(tǒng)的性價比，為實現(xiàn)智能家居市場的有效擴展，開發(fā)和研制出一種針對低端用戶及大眾化的小型智能家居系統(tǒng)就顯得尤為必要。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；小型；大眾化；STM32

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

智能家居就是以居家環(huán)境為平臺，并實現(xiàn)了建筑、網(wǎng)絡、計算機、通信以及自動化技術的互相融合，從而實現(xiàn)了一種囊括了服務性、功能性以及管理性為一體的安全便利并且環(huán)保的居住環(huán)境。基于STM32系列芯片小型智能化家居系統(tǒng)的核心是智能家居控制器，同時也包括了多功能面板、智能插座以及窗戶控制模塊和電動窗簾等多項智能家居產(chǎn)品。通過WIFI或者以太網(wǎng)，實現(xiàn)智能家居控制器與家庭信息互聯(lián)處理中心的及時通信。

一、智能家居控制系統(tǒng)的整體設計

（一）智能家居系統(tǒng)控制器

智能家居控制器模塊作為整個智能家居系統(tǒng)的核心內容，對整個智能家居系統(tǒng)功能的成功實現(xiàn)具有關鍵性的作用。本文中，小型智能家居控制系統(tǒng)是基于STM32的芯片設計，并根據(jù)控制器的功能，將其具體劃為以下幾個模塊：模擬量輸入模塊、RS485通信模塊、以太網(wǎng)接口模塊、電源模塊、LED顯示模塊的輸入和輸出，開關量輸出模塊、無線通信模塊等。

（二）智能家居產(chǎn)品介紹

1 智能插座

STM32系列的芯片設計同樣作為智能家居系統(tǒng)中智能插座的核心，同時在其內部也涵蓋了繼電器、ADE7753的電能芯片以及液晶顯示屏等模塊，從而能夠準確的顯示出對應的家用電器的電量參數(shù)；另外還能夠對家用電器的電源啟動時間進行個性化的設置，進而實現(xiàn)家庭用電負荷的最合理分配，促使電網(wǎng)功能得以成功實現(xiàn)，既可以獨立工作，也可以通過485總線與系統(tǒng)控制系通訊完成相關操作。

2 紅外多功能轉發(fā)器

智能家居系統(tǒng)的紅外轉發(fā)器裝置能夠對家用電器如電視機、空調以及冰箱和其它設備的遙控紅外信號進行學習、接收及存儲與轉發(fā)等操作，同智能插座一樣，既可以獨立的完成工作，也可以借助485總線實現(xiàn)與控制器的通訊。

3 觸摸屏

在本文所設計的小型智能家居系統(tǒng)中所采用的是一彩色觸摸屏，該顯示屏采用一種具有較高清晰度的四線電阻式TFT液晶顯示屏，高清晰度，尺寸為7英寸，800×480分辨率，該產(chǎn)品具有高級塑料結構，而且工業(yè)級能源消耗比較低，其主要規(guī)格：400MHZ的CPU頻率，64G的閃存以及64M的內存，小于7W的功率，接口包括了1*RS485的隔離接口和1*RS232的隔離接口，一主一從的1*USB接口，電源輸入為24VDC；同時還安裝了實時多任務操作系統(tǒng)的組態(tài)軟件。另外，該產(chǎn)品通過總線485和智能家居控制器，還實現(xiàn)了遠程控制、遠程傳感和各種情境模式的設置功能。

4 多功能面板

該小型智能家居系統(tǒng)中的多功能面板同樣是以STM32系列的芯片為核心，主要包括了4路繼電器的輸出，能夠實現(xiàn)對4路用電負載如燈、排風扇等設施的同時控制，該產(chǎn)品既可以獨立的展開工作，也可以通過485總線實現(xiàn)與系統(tǒng)核心控制器的實時通訊。

二、小型智能家居系統(tǒng)的硬件平臺設計

在該小型智能家居系統(tǒng)中具體所涉及到的硬件部分有STM32系列的芯片、8路雙向的光耦隔離TLP280-4、5路RS485總線、8路達林頓驅動ULN2803、2路高速的光耦隔離器6N137、以太網(wǎng)ENC28J60以及Flash存儲器SST25VF016B。

1 STM32系列芯片介紹

STM32系列芯片在設計過程中采用了具備高性能特點的ARM Cortextm-M3 32位的RISC內核，其工作頻率達到了72MHz，在高達512K字節(jié)的閃存以及64K字節(jié)的SRAM的內置高速存儲器中也涵蓋了一512字節(jié)的閃存微控制器；另外還包含了若干個標準先進的通信接口，總共具有11個定時器及13個通信接口，在本設計中，并對STM32芯片的管腳進行了詳細的功能劃分。

2 以太網(wǎng)模塊ENC28J60

憑借以太網(wǎng)端口，在小型智能家居系統(tǒng)的設計過程中方能實現(xiàn)系統(tǒng)各個控制器與家庭信息處理中心的實時通信。

3 ADE7553單相電能計量芯片

該芯片具有良好的低能耗與高精度的功能特點，在該芯片中的有功電能計量誤差能夠保證在0.1%以內，其準確度相比其它芯片具有明顯的優(yōu)勢，同時，采用直流供電，電壓等級為5V，與DT/雙傳感器接口和SPI串行通信；另外在芯片內部存在著較多的寄存器，在具體的設計過程中僅需要對內部寄存器進行相應的讀寫操作即可完成。

4 Flash存儲器SST25VF016B

該存儲器的主要功能就是對該小型智能家居系統(tǒng)中的各個設備的IP地址進行匯總和存儲。

5 RS485總線接口通信芯片SN65LBC 184

在系統(tǒng)設計過程中，該裝置的重要作用就是實現(xiàn)探測器與前端智能設備的半雙工方式的通訊。在該通信芯片的應用過程中，其通信方向的控制由DIR5來完成，如果DIR5端為低電平時，此時控制器為發(fā)送狀態(tài)，相反，若為高電平，則為接收狀態(tài)。

6 雙向光耦隔離TLP280-4和高速光耦隔離6N137

TLP280-4就是一微型的耦合器，一般適用于貼片安裝，并在PCMCIA傳真調制解調器與可編控的控制器電路中廣泛應用；而6N137光耦合器屬于一款在單通道條件下應用的高速光耦合器，在該光耦合器內部含有一LED（其波長為850納米）以及一集成檢測器，而這一集成檢測器又由高增益線性運放和一光敏二極管以及一集電極開路的三極管聯(lián)合組成；另外，該光耦隔離器同時還兼具了電壓、電流以及溫度補償?shù)墓δ埽诟咚贁?shù)字開關、A/D轉換電路等領域有著較為廣泛的應用。本文所設計的小型智能家電系統(tǒng)中，其8路光耦合隔離輸入端電路就是由TLP280-4所構成，而該系統(tǒng)的2路高速光耦隔離器的輸入端電路則是由6N137所組成。

7 該小型智能家居系統(tǒng)供電電路系統(tǒng)

該智能家居系統(tǒng)的電源輸出由系統(tǒng)控制器所提供，所提供的電源來實現(xiàn)系統(tǒng)中所有的智能用電產(chǎn)品的使用，如智能家居產(chǎn)品（多功能面板和智能插座等）、觸摸屏以及上位機管理軟件等；其中上位機管理軟件是一款基于LABVIEW開發(fā)環(huán)境中得以開發(fā)應用的軟件，也是該智能家居系統(tǒng)的重要集中管理工具和手段，通過智能家居控制器的底層控制協(xié)議以及以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)了該管理軟件在系統(tǒng)應用層面的有效融合，進而實現(xiàn)了對家居中的電器設備、安防設備以及燈光、溫度等設備的控制和調節(jié)，同時實現(xiàn)了對相關場景的定時、設置等遠程監(jiān)控功能。

小型智能家居系統(tǒng)中的軟件設計也是以STM32單片機為基礎，并通過C語言的編程來完成，這一設計過程中同時也涵蓋了系統(tǒng)控制器程序以及多項設備的驅動程序；在系統(tǒng)中，通過RS485總線實現(xiàn)控制器與智能模塊之間的實時通訊，同時也可以直接的使用標準化的串口驅動程序；另外，觸摸屏與智能家居控制器之間的通信功能的實現(xiàn)同樣也是依據(jù)RS485總線，而對家居設備的控制以及相關情景模式的設定則是憑靠系統(tǒng)預裝的嵌入式實施多任務操作系統(tǒng)組態(tài)軟件來完成。

結語

本文成功設計出了一款小型的智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STM32芯片為基礎，該系統(tǒng)的智能家居模塊主要涵蓋了智能控制器、多功能面板、智能電度表以及智能插座等多項家居模塊；與此同時，該智能家居系統(tǒng)有效地結合系列安防產(chǎn)品如煙感探測器和網(wǎng)絡攝像機以及紅外探測器等，共同打造完成了一完善的智能家居系統(tǒng)；該小型智能家居系統(tǒng)具有靈活的控制方式，而且其各個模塊功能也具有極強的可擴展性能；另外，設備操作簡單快捷，在家庭、學校、醫(yī)療以及試驗研發(fā)等多個領域都適合應用。隨著科學技術的不斷進步，人們對物質生活的要求也必定會越來越高，智能家居系統(tǒng)的小型化也必定是未來以發(fā)展潮流，因此，小型智能家居系統(tǒng)在今后的發(fā)展過程中的應用也必將會越來越普遍，得到人們的認可與歡迎。

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