智能家居無線網(wǎng)絡通訊協(xié)議設計方案

　　"智能家居"（smart home）又稱智能住宅，它利用先進的計算機技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)與傳感器技術(shù)等，把家中的各種設備有機的結(jié)合起來，優(yōu)化用戶生活方式，方便用戶管理設備，并能通過場景設定使多個設備間形成聯(lián)動。

　　家庭網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)中，整個系統(tǒng)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?qū)樱ˋPP）和最終用戶接口層（UI）。其中第一、二層標準已經(jīng)頒布并在實際中應用；第三層（API）是家庭網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是當前業(yè)界研究的熱點；第四層是應用程序?qū)樱窃诘谌龑拥幕A(chǔ)上由技術(shù)人員開發(fā)的各種應用程序；第五層是各種用戶接口（UI）工具，包括各種遙控裝置、應急開關(guān)、求助按鈕以及其它可視接口設備，對整個系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，設計符合智能家居系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。

　　1 系統(tǒng)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 服務器，通過以太網(wǎng)芯片ENC28J60 接收遠程控制數(shù)據(jù)包，完成數(shù)據(jù)解析后通過射頻模塊發(fā)送控制命令，延時并接收節(jié)點應答數(shù)據(jù)，將應答數(shù)據(jù)以json 數(shù)據(jù)格式（一種數(shù)據(jù)保存格式）通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送局部更新Web信息，達到監(jiān)測控制家居環(huán)境的效果。

圖1 智能家居遠程監(jiān)控方案

　　1.2 控制單元

　　控制單元采用ARM 微控制器STM32F103RBT6,Cortex-M3 內(nèi)核，64 引腳LQFP 封裝。具有128K 字節(jié)的程序存儲空間，20K 字節(jié)的RAM,最高工作時鐘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(tǒng)的開發(fā)與設計。

　　圖2 中，該芯片通過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 和時鐘信號引腳，結(jié)合MCS-51 單片機的微控制應用能力，設計了一種簡單、實用的嵌入式智能家庭網(wǎng)關(guān)及終端控制方案。

圖2 系統(tǒng)控制單元設計。