基于STM32的小型智能家居系统设计
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作者: 李丽
摘 要：随着科学技术的不断发展，智能家居系统作为物联网技术的一项重要应用也随着物联网的快速发展发生了明显的改善。现阶段，智能家居系统的应用还仅仅只是存在于高端群体中，其主要原因还是由于智能家居系统的性价比，为实现智能家居市场的有效扩展，开发和研制出一种针对低端用户及大众化的小型智能家居系统就显得尤为必要。
关键词：物联网；智能家居；小型；大众化；STM32
中图分类号：TP273 文献标识码：A
智能家居就是以居家环境为平台，并实现了建筑、网络、计算机、通信以及自动化技术的互相融合，从而实现了一种囊括了服务性、功能性以及管理性为一体的安全便利并且环保的居住环境。基于STM32系列芯片小型智能化家居系统的核心是智能家居控制器，同时也包括了多功能面板、智能插座以及窗户控制模块和电动窗帘等多项智能家居产品。通过WIFI或者以太网，实现智能家居控制器与家庭信息互联处理中心的及时通信。
一、智能家居控制系统的整体设计
（一）智能家居系统控制器
智能家居控制器模块作为整个智能家居系统的核心内容，对整个智能家居系统功能的成功实现具有关键性的作用。本文中，小型智能家居控制系统是基于STM32的芯片设计，并根据控制器的功能，将其具体划为以下几个模块：模拟量输入模块、RS485通信模块、以太网接口模块、电源模块、LED显示模块的输入和输出，开关量输出模块、无线通信模块等。
（二）智能家居产品介绍
1 智能插座
STM32系列的芯片设计同样作为智能家居系统中智能插座的核心，同时在其内部也涵盖了继电器、ADE7753的电能芯片以及液晶显示屏等模块，从而能够准确的显示出对应的家用电器的电量参数；另外还能够对家用电器的电源启动时间进行个性化的设置，进而实现家庭用电负荷的最合理分配，促使电网功能得以成功实现，既可以独立工作，也可以通过485总线与系统控制系通讯完成相关操作。
2 红外多功能转发器
智能家居系统的红外转发器装置能够对家用电器如电视机、空调以及冰箱和其它设备的遥控红外信号进行学习、接收及存储与转发等操作，同智能插座一样，既可以独立的完成工作，也可以借助485总线实现与控制器的通讯。
3 触摸屏
在本文所设计的小型智能家居系统中所采用的是一彩色触摸屏，该显示屏采用一种具有较高清晰度的四线电阻式TFT液晶显示屏，高清晰度，尺寸为7英寸，800×480分辨率，该产品具有高级塑料结构，而且工业级能源消耗比较低，其主要规格：400MHZ的CPU频率，64G的闪存以及64M的内存，小于7W的功率，接口包括了1*RS485的隔离接口和1*RS232的隔离接口，一主一从的1*USB接口，电源输入为24VDC；同时还安装了实时多任务操作系统的组态软件。另外，该产品通过总线485和智能家居控制器，还实现了远程控制、远程传感和各种情境模式的设置功能。
4 多功能面板
该小型智能家居系统中的多功能面板同样是以STM32系列的芯片为核心，主要包括了4路继电器的输出，能够实现对4路用电负载如灯、排风扇等设施的同时控制，该产品既可以独立的展开工作，也可以通过485总线实现与系统核心控制器的实时通讯。
二、小型智能家居系统的硬件平台设计
在该小型智能家居系统中具体所涉及到的硬件部分有STM32系列的芯片、8路双向的光耦隔离TLP280-4、5路RS485总线、8路达林顿驱动ULN2803、2路高速的光耦隔离器6N137、以太网ENC28J60以及Flash存储器SST25VF016B。
1 STM32系列芯片介绍
STM32系列芯片在设计过程中采用了具备高性能特点的ARM Cortextm-M3 32位的RISC内核，其工作频率达到了72MHz，在高达512K字节的闪存以及64K字节的SRAM的内置高速存储器中也涵盖了一512字节的闪存微控制器；另外还包含了若干个标准先进的通信接口，总共具有11个定时器及13个通信接口，在本设计中，并对STM32芯片的管脚进行了详细的功能划分。
2 以太网模块ENC28J60
凭借以太网端口，在小型智能家居系统的设计过程中方能实现系统各个控制器与家庭信息处理中心的实时通信。
3 ADE7553单相电能计量芯片
该芯片具有良好的低能耗与高精度的功能特点，在该芯片中的有功电能计量误差能够保证在0.1%以内，其准确度相比其它芯片具有明显的优势，同时，采用直流供电，电压等级为5V，与DT/双传感器接口和SPI串行通信；另外在芯片内部存在着较多的寄存器，在具体的设计过程中仅需要对内部寄存器进行相应的读写操作即可完成。
4 Flash存储器SST25VF016B
该存储器的主要功能就是对该小型智能家居系统中的各个设备的IP地址进行汇总和存储。
5 RS485总线接口通信芯片SN65LBC 184
在系统设计过程中，该装置的重要作用就是实现探测器与前端智能设备的半双工方式的通讯。在该通信芯片的应用过程中，其通信方向的控制由DIR5来完成，如果DIR5端为低电平时，此时控制器为发送状态，相反，若为高电平，则为接收状态。
6 双向光耦隔离TLP280-4和高速光耦隔离6N137
TLP280-4就是一微型的耦合器，一般适用于贴片安装，并在PCMCIA传真调制解调器与可编控的控制器电路中广泛应用；而6N137光耦合器属于一款在单通道条件下应用的高速光耦合器，在该光耦合器内部含有一LED（其波长为850纳米）以及一集成检测器，而这一集成检测器又由高增益线性运放和一光敏二极管以及一集电极开路的三极管联合组成；另外，该光耦隔离器同时还兼具了电压、电流以及温度补偿的功能，在高速数字开关、A/D转换电路等领域有着较为广泛的应用。本文所设计的小型智能家电系统中，其8路光耦合隔离输入端电路就是由TLP280-4所构成，而该系统的2路高速光耦隔离器的输入端电路则是由6N137所组成。 7 该小型智能家居系统供电电路系统
该智能家居系统的电源输出由系统控制器所提供，所提供的电源来实现系统中所有的智能用电产品的使用，如智能家居产品（多功能面板和智能插座等）、触摸屏以及上位机管理软件等；其中上位机管理软件是一款基于LABVIEW开发环境中得以开发应用的软件，也是该智能家居系统的重要集中管理工具和手段，通过智能家居控制器的底层控制协议以及以太网协议实现了该管理软件在系统应用层面的有效融合，进而实现了对家居中的电器设备、安防设备以及灯光、温度等设备的控制和调节，同时实现了对相关场景的定时、设置等远程监控功能。
小型智能家居系统中的软件设计也是以STM32单片机为基础，并通过C语言的编程来完成，这一设计过程中同时也涵盖了系统控制器程序以及多项设备的驱动程序；在系统中，通过RS485总线实现控制器与智能模块之间的实时通讯，同时也可以直接的使用标准化的串口驱动程序；另外，触摸屏与智能家居控制器之间的通信功能的实现同样也是依据RS485总线，而对家居设备的控制以及相关情景模式的设定则是凭靠系统预装的嵌入式实施多任务操作系统组态软件来完成。
结语
本文成功设计出了一款小型的智能家居系统，该系统以STM32芯片为基础，该系统的智能家居模块主要涵盖了智能控制器、多功能面板、智能电度表以及智能插座等多项家居模块；与此同时，该智能家居系统有效地结合系列安防产品如烟感探测器和网络摄像机以及红外探测器等，共同打造完成了一完善的智能家居系统；该小型智能家居系统具有灵活的控制方式，而且其各个模块功能也具有极强的可扩展性能；另外，设备操作简单快捷，在家庭、学校、医疗以及试验研发等多个领域都适合应用。随着科学技术的不断进步，人们对物质生活的要求也必定会越来越高，智能家居系统的小型化也必定是未来以发展潮流，因此，小型智能家居系统在今后的发展过程中的应用也必将会越来越普遍，得到人们的认可与欢迎。
参考文献
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