基于STM32的智能家庭无线网关的设计(录用发表终)Word下载.doc
- 文档编号:15407821
- 上传时间:2022-10-30
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基于STM32的智能家庭无线网关的设计(录用发表终)Word下载.doc
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该无线网关通过WiFi模块来接收由平板电脑上家电控制软件下发的控制命令,经过数据处理和协议转换,再通过RF(主)模块发射给由RF(从)模块组联的家电网络,来达到对对应家电的控制。
同时,如果某一款家电状态有变化,也会及时的通过网关反馈给平板电脑进行显示。
该方案解决了对家电信息实时监控和对家电的远程遥控问题。
经过实验测试,该网管具备轻巧、控制精准、数据吞吐量大、速度快等特点,非常适宜在智能家居系统中应用。
关键词:
STM32、无线网关、WiFi模块、RF模块
DesignofembeddedintelligenthomewirelessgatewaybasedonSTM32
WangChao1LuoDehan1ZhengWei2ChangbiaoYao2ZhongyuanLiao2
(1.FacultyofInformationEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,china;
2.Radaelectronicindustrieslimited,Foshan528300,china)
Abstract:
InordertomakeourHouseholdlifebecomemoreconvenientandrelaxed,alsoinordertomeettherequirementofthemodernIntelligentHouseholdtomakecontrolequipmentintergratedandminiaturization,thispaperdesignsawirelessgatewaybasedonSTM32F103C8T6.ThiswirelessgatewayreceivingcontrolcommandfromthecontrolsoftwareofhomeappliancewhichinstalledintheTabletComputerthroughtheWiFimodule,afterthedataprocessingandprotocolconversion,thensendingthecontrolsignaltothehomeappliancenetworkunitedbyRF(slave)modulethroughtheRF(host)module.Thewirelessgatewayrealizesthecontrolofhomeappliancethroughthisway.Atthesametime,ifaparticularmodelofhomeappliancechangestate,italsocantimelyfeedbacktotheTabletComputertodisplaythroughthegateway.Thisplansolvedtheproblemofreal-timemonitoringofhomeapplianceinformationandthefunctionsofremotecontrol.Theexperimentalresultsshowthat,thewirelessgatewayhasthecharacteristicsoflightandhandy,highcontrolprecision,datalargequantityandhighspeed.It’sveryappropriateforintelligenthouseholdsystemapplication
Keywords:
STM32wirelessgatewayWiFimoduleRFmodule
0、引言
随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展,以及人们物质生活水平的不断提高,人们的工作、生活与通讯、信息的关系日益密切,人们越来越注重家居生活的安全、健康、快捷和舒适。
由于日常家居中家电产品种类日益增多,如何有效地将它们结合成为一个有机的整体,解决分散控制所带来的不便,更好地为人们提供家居生活的各类信息,对它们进行统一的管理和监控,是人们一直追求的,也是家居生活的未来发展方向。
本文正是为了这一目的,提出了一种基于STM32的嵌入式智能家居无线网关,它可以通过RF模块把日常家电组成一个无线网络,使得智能家居中各家电具有更大的灵活性及流动性。
无线网关通过WiFi模块与平板电脑进行通信,使得控制起来可以灵活自如,不受拘束。
通过平板电脑Android系统下家电控制软件生动逼真的控制界面对相应的家电进行操控、组织管理和状态监控,更使得家居生活变得简单、快捷和充满乐趣。
1、无线网关总体设计和智能家居控制系统工作机理
1.1智能家居无线网关的总体设计
无线网关是整个智能家居控制系统的数据中转站和沟通媒介,是整个系统设计的关键。
该无线网关以STM32为控制核心,主要分为5个模块,分别是WiFi模块、RF模块、中央控制器模块、电源模块、JTAG仿真调试模块。
其结构如图1所示。
由于该网关采用了两种通信技术,为保证数据流流动过程中数据流流向的正确性以及数据的准确性,该网关分别对WiFi模块通信和RF模块通信设计了相应的通信协议和控制命令编码。
图1智能家居无线网关总体架构图
Fig.1Intelligenthouseholdwirelessgatewaygeneralframeworkmap
1.2智能家居控制系统的工作机理
如图2所示,平板电脑Android系统上的家电控制软件,当其相应的家电控制界面上对应功能的虚拟按键一经触发,便通过其自带的WiFi模块下发对应功能的编码命令。
与此同时,STM32主控芯片也通过WiFi模块接收相应的控制命令编码,并在内部经过协议转换和数据处理后,再传输给RF模块(主),RF模块(主)同样按照相应的协议标准对数据编码进行必要的处理后[1],发射给对应家电的RF模块(从),当对应家电上的RF模块接收到正确的控制命令编码后,便可以通过家电控制器来控制家电执行相应的操作。
同时,STM32控制器也会定时的通过RF模块来查询所有联网家电的状态,如果某一款家电的状态发生了改变,当STM32接收到新状态后也会经过数据处理和协议转换,及时的通过WiFi模块反馈到平板电脑上进行显示,这样一来就达到了智能家居中,家电控制器集中管理、控制器位置不受拘束、灵活多变、家电状态实时监控的目的。
图2智能家居控制系统总体架构图
Fig.2Intelligenthouseholdcontrolsystemframeworkmap
2、智能家居无线网关硬件平台的设计
无线网关所涉及到的硬件部分主要包括主控芯片STM32、RF模块、WiFi模块、电源模块等。
对主要模块的硬件组成以及通信机制介绍如下:
2.1主控芯片
该网关主控芯片选用STM32F103C8T6,是ST公司生产的基于Cortex-M3内核的ARM处理器,48pin,最高主频达72MHz,拥有64K的FLSAH、20K的SRAM、1个高级定时器、3个通用定时器、1个DMA控制器、2个串行外设接口(SPI)、3个通用同步异步收发器(USART)、模拟/数字转换(ADC)等等,外设种类齐全、功能强大,特别是可以通过RCC对外设时钟进行管理,来达到低功耗的目的[7]。
STM32是整个网关的核心,作为整个网关的控制管理者和各模块间协调工作的调度者。
2.2RF模块
RF模块主要由PIC16F726单片机和通用ISM频段收发器SI4421构成。
STM32通过寄存器配置,把自身的SPI外设配置为主模式,并遵循预先制定的协议通过SPI向RF模块发送编码数据。
在RF模块中,PIC16F726单片机自身的SPI被配置为从模式,用来接收由STM32发送过来的编码数据,进行处理后再通过模拟SPI通讯发送给SI4421,SI4421再通过已设定的频段对外发射控制命令[2],对应家电控制器上的RF模块一经接收到控制命令,便会通过家电控制器来控制家电执行相应的操作。
2.3WiFi模块
WiFi模块选用的是WIZ610wi,最大可达25Mbps的数据流传输,频率范围为2.412~2.485GHz,支持串口到无线的应用,提供RS-232C或以太网到IEEE802.11b/g的无线通信的桥接。
任何具有RS-232C接口和以太网接口的设备都可以很容易地建立起无线网络,实现远程管理和控制。
无线网关通过串口(USART)来把WiFi模块接收到的编码数据传输到STM32内部数据寄存器,并通过DMA加快数据流的流动,使接收到的编码数据及时的处理并通过RF模块发送出去[3]。
家电的反馈状态也可以通过DMA快速的传输给串口(USART),并通过WiFi模块反馈给平板电脑显示。
3、智能家居无线网关软件平台的设计
网关的软件平台是整个网关设计上的重点、难点与核心,是作为整个网关数据处理的载体。
软件主要涉及到一些模块间的通信及数据流的协议转换方面的工作。
3.1网关无线编码协议简介
为了达到无线控制家电的目的,在设计该网关的同时,我们特别定义了无线编码协议标准。
如表1所示,起始代码和公司编号都是为了确定接收或者发送的编码是否有效,产品编号决定具体是哪一款家电,消息体类型分为“00”(查询)和“11”(控制),决定了接收或者发送的10Byte是作为控制家电执行相应操作还是返回目前的状态。
最后一个Byte是校验位,是前9个Byte的异或,用于校验接收或者发送的数据是否在传输过程中出错[4]。
其他位分别代表家电的状态控制
1byte
7~4位
3~2位
1~0位
起始代码
公司编号
产品编号
产品个数
消息体类型
产品状态
3~0位
7~6位
5~0位
产品功能
无线发射次数
校验码
表1无线协议编码表
Table1Wirelessprotocolcodelists
3.2网关软件所涉及的外设及其中断
STM32外部拓展的WiFi模块与STM32芯片通过串口(USART)进行通信,并采用DMA进行数据的传输。
编码数据采用DMA接收中断进行接收,接收到的数据经过处理后,通过SPI接收中断进
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