智能家居無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議設計方案

　　"智能家居"（smart home）又稱(chēng)智能住宅，它利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、嵌入式系統技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)與傳感器技術(shù)等，把家中的各種設備有機的結合起來(lái)，優(yōu)化用戶(hù)生活方式，方便用戶(hù)管理設備，并能通過(guò)場(chǎng)景設定使多個(gè)設備間形成聯(lián)動(dòng)。

　　家庭網(wǎng)絡(luò )的分層結構中，整個(gè)系統分成5 層：

　　物理媒體層（Media），底層協(xié)議層（Protocol）、應用程序接口層（API）、應用程序層（APP）和最終用戶(hù)接口層（UI）。其中第一、二層標準已經(jīng)頒布并在實(shí)際中應用；第三層（API）是家庭網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是當前業(yè)界研究的熱點(diǎn)；第四層是應用程序層，是在第三層的基礎上由技術(shù)人員開(kāi)發(fā)的各種應用程序；第五層是各種用戶(hù)接口（UI）工具，包括各種遙控裝置、應急開(kāi)關(guān)、求助按鈕以及其它可視接口設備，對整個(gè)系統性能的發(fā)揮和使用至關(guān)重要。本文主要針對第三、四層結構，設計符合智能家居系統平臺的數據通訊協(xié)議。

　　1 系統總體方案

　　1.1 總體設計方案

　　圖1 中ARM 主控制器作為智能家居遠程Web 服務(wù)器，通過(guò)以太網(wǎng)芯片ENC28J60 接收遠程控制數據包，完成數據解析后通過(guò)射頻模塊發(fā)送控制命令，延時(shí)并接收節點(diǎn)應答數據，將應答數據以json 數據格式（一種數據保存格式）通過(guò)網(wǎng)關(guān)發(fā)送局部更新Web信息，達到監測控制家居環(huán)境的效果。

圖1 智能家居遠程監控方案

　　1.2 控制單元

　　控制單元采用ARM 微控制器STM32F103RBT6,Cortex-M3 內核，64 引腳LQFP 封裝。具有128K 字節的程序存儲空間，20K 字節的RAM,最高工作時(shí)鐘72MHz,具有豐富的片上資源，有7 通道DMA 控制器，能夠支持SPI,USART 等外設。適合低成本，低功耗的嵌入式系統的開(kāi)發(fā)與設計。

　　圖2 中，該芯片通過(guò)SPI 串口共連3 外設：SD 卡接口、以太網(wǎng)芯片ENC28J60 以及射頻模塊芯片nRF24l01.ARM 微控制器的PA4-PA7 口分別作為SD卡的片選信號，時(shí)鐘信號引腳，MISO 和MOSI 口；PB12-PB15 分別作為以太網(wǎng)芯片ENC28J60 的片選信號，時(shí)鐘信號引腳，MISO 和MOSI 口；PC6 為射頻模塊RX/TX 模式使能端，PC7 為SPI 使能引腳，PC10-PC12 分別作為射頻模塊nRF24L01 的MOSI,MISO 和時(shí)鐘信號引腳，結合MCS-51 單片機的微控制應用能力，設計了一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的嵌入式智能家庭網(wǎng)關(guān)及終端控制方案。

圖2 系統控制單元設計。