摘 要：基于ARM 微控制器技術，提出了智能家居的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的有效方法。實際應用中該方法以Web 瀏覽器作為操作界面，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)通信監(jiān)控操作。利用nRF24L01 射頻模塊為智能家居終端設備構建了無線數(shù)據(jù)通訊平臺，其中nRF24L01 射頻模塊有32 個字節(jié)的數(shù)據(jù)載荷長度。通過對載荷數(shù)據(jù)幀格式的定義，完成了無線通訊協(xié)議的設計，統(tǒng)一了底層設備的應用程序接口，為智能家居的開發(fā)增加了靈活性。該遠程監(jiān)控平臺對家居環(huán)境及各布控系統(tǒng)進行了有效監(jiān)控，豐富并擴展了家居智能化的可操作性。
“智能家居”（smart home）又稱智能住宅，它利用先進的計算機技術、嵌入式系統(tǒng)技術、網(wǎng)絡通訊技術與傳感器技術等，把家中的各種設備有機的結合起來，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)絡的分層結構中，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）、應用程序層（APP）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)絡技術發(fā)展的關鍵，是當前業(yè)界研究的熱點；第四層是應用程序層，是在第三層的基礎上由技術人員開發(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、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)揮和使用至關重要。本文主要針對第三、四層結構，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)關及終端控制方案。
圖2 系統(tǒng)控制單元設計。
下載文檔
