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微控制器技术创新设计 题 目 智能家居控制系统 学 名 专业班级 学 号 院 （系） 电子信息工程学院 智能家居控制系统摘要：智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。正因为如此，国内优秀的智能家居生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究该系统以STM32F103RBT6单片机为控制芯片，分为操作平台和应用平台两部分，操作平台包含PC上位机、无线遥控和红外遥控器四种操作手段；应用平台包含灯光系统、窗帘系统、空调系统、采集系统和智能插座系统。操作平台与应用平台之间以以太网、nRF24L01和红外线等无线方式进行通讯。1功能与使用说明 通过PC上位机、无线和红外遥控器控制房屋灯的亮灭、调节灯光颜色、插座的通断、窗帘的开关、空调的工作状态，同时窗帘和插座可以设置成智能模式，根据实时情形可以自动开关或通断。此外，该系统还可以实时采集房内温度、湿度、光强等数据。当有煤气泄漏时，自动报警，煤气浓度降低到正常水平时，警报解除。该系统还根据不同的生活情形设有睡眠模式、起床模式和回家模式三种模式选择。另外，该系统还可以根据实际需求来添加其他功能2 设计方案 该系统主要是由两大平台构成，分别为操作平台和应用平台；操作平台主要是由PC、无线遥控器、红外遥控四大系统构成。应用平台主要是由灯光系统、窗帘系统、空调系统、采集系统、插座系统组成。这两大平台主要通过nRF2401无线收发模块、以太网、红外线等通讯手段互相连接在一起。每个系统的主控芯片都以ST公司的STM32F103RBT6单片机为核心。通讯的最基本的单元是nRF24L01，各个模块之间的通讯是靠它来完成的。包括操作台的收发指令、采集模块发出采集信息、灯光系统、窗帘系统空调系统和插座系统接收指令和发送开关状态。单片机通过解析指令来控制各个模块的运转。以太网模块主要是由ENC28J60模块构成，通过在STM32F103RBT6单片机上移植UIP1.0的轻量级协议栈来完成智能家居系统和互联网的通讯，从而实现对各个系统的远程控制。无线、红外遥控主要是针对老年人和小孩设计的，简单易操作。可以随意的控制所有的灯光、窗帘、家电。3 设计原理3.1操作平台设计原理控制系统主要以STM32F103RBT6为核心，工作电压为3.3V，这样可以有效的降低功耗。整个控制系统的的软件设计是基于UC/OS嵌入式实时操作系统设计的，这样一方面可以保证整体运行的稳定性，另一方面也可以保证CPU对于多任务的处理的效率。以太网模块也是以STM32F103RBT6为核心，通用SPI接口与ENC28J60模块通讯，在软件上移植了UIP1.0的轻量级的协议栈，该协议栈的主要特点是:1、代码非常少，其协议栈代码不到 6K，很方便阅读和移植；2、占用的内存数非常少，RAM 占用仅几百字节；3、其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区，不存在数据的拷贝，且发送和接收都是依靠这个缓存区，极大的节省空间和时间；4、支持多个主动连接和被动连接并发； 5、对数据的处理采用轮循机制，不需要操作系统的支持。由于UIP 对资源的需求少和移植容易，因此非常适合STM32F103RBT6单片机。3.2 通讯手段设计原理nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.42.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该模块与IAP15F2K61S2单片机是靠SPI接口来互相通讯的。SPI是一种高速度的总线，因此，可以保证通讯的实时性和可靠性。红外遥控系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。该系统主要是由单片机解码红外遥控发出的值，从而可以根据值判断各种操作指令。蓝牙主要是靠串口与单片机进行通讯，从而实现手机与智能家居系统的通讯。3.3 应用平台的设计原理应用平台包括灯光系统、窗帘系统、空调系统、采集系统和插座系统。灯光系统主要是靠达林顿管驱动继电器从而实现弱电控制强电。窗帘系统主要是通过达林顿管驱动三相四线步进电机带动窗帘的转动。采集系统主要是依靠AMS2302数字温度传感器、光敏电阻、湿敏电阻、烟雾传感器等来采集家里面的各个信息，该信息通过无线通信发给上位机以及其他执行系统，从而实现智能调节。插座系统主要是由控制部分和感应部分组成，控制部分主要是靠继电器以及nRF24L01来实现对开关的远程控制，感应部分主要是通过光电对管对插座的检测，判断插座是否被插上，进而实现智能通断的功能，该设计能够最大程度上保证安全，以及有效的减少电弧的产生。4 硬件整体设计硬件电路分为通讯系统、控制系统、空调系统、信息采集系统以及电源系统。每个系统都以STM32F103RBT6单片机为主要的开发平台，如图2所示。图2 STM32F103RBT6单片机最小系统参考文献1 Hirshleifer J. On the Economics of Transfer PricingJ. Journal of Business, 1956, 29(3