基于ARM和電力載波的智能家居設(shè)計(jì)

　　以嵌入式ARM Cortex-M3為核心，結(jié)合電力載波技術(shù)和自學(xué)習(xí)紅外技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過電力線實(shí)現(xiàn)信號傳輸，嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行信號分析與處理。同時(shí)內(nèi)嵌Web-services，接入Internet網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PC端、手機(jī)端的控制。

　　引言

　　一般智能家居系統(tǒng)從組網(wǎng)上來看都可以分為外部網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)、和網(wǎng)關(guān)三部分。而本文著重研究的是智能家居系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的組成與應(yīng)用。相對于目前的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)，使用電力載波技術(shù)，可以使現(xiàn)有的家庭電力線成為通信信道，避免了使用傳統(tǒng)繁瑣的布線過程，同時(shí)也適合對老房智能家居改造的需求。相對于ZigBee無線通信技術(shù)，在同樣方便快捷的基礎(chǔ)上，電力載波的擴(kuò)展性更好，可靠性更高，抗干擾能力較好，同時(shí)由于電力線布于墻內(nèi)，硬件相對更安全，不易損壞。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成

　　家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為3個(gè)部分：電力線網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、因特網(wǎng)。電力線網(wǎng)絡(luò)作為內(nèi)網(wǎng)的信道，主要用于嵌入式系統(tǒng)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的交互通信。

　　電力線載波通信(Power Line Communication)是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。目前，世界上最大的有線網(wǎng)絡(luò)是電力線網(wǎng)絡(luò)，利用電力線網(wǎng)絡(luò)有以下優(yōu)勢：

　　1)充分利用電力線網(wǎng)絡(luò)資源，從而有效進(jìn)行資源整合，符合整體發(fā)展趨勢，節(jié)約資源。

　　2)通過電力載波技術(shù)，可以減少或去除繁瑣的布線過程，尤其是在對老式住宅的智能化改造的過程中，節(jié)約大量材料和人力成本，即插即用，永不掉線。

　　3)相對于ZigBee等無線技術(shù)，電力線載波通信技術(shù)不會對周圍家用電器產(chǎn)生干擾。

　　低壓電力載波技術(shù)也有傳輸速率低，傳輸距離不遠(yuǎn)以及信息量較少等缺陷，但是由于家庭內(nèi)部使用范圍小，家居系統(tǒng)控制命令簡單等原因，非常適合智能家居中使用。嵌入式系統(tǒng)以基于ARM Cortex-M3的STM32處理模塊為控制核心，負(fù)責(zé)對各類數(shù)據(jù)的運(yùn)算和人機(jī)交互界面(GUI)的處理，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。嵌入式系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)與外部Internet網(wǎng)相連，遵循TCP/IP協(xié)議，為用戶提供了遠(yuǎn)程PC端或手機(jī)端的控制方式。家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。