基于電力線載波的智能家居控制系統(tǒng)研究

2．3 微控制器
微控制器是系統(tǒng)的主控點，向下通過電力線載波通信模塊與各控制節(jié)點進行通信，實現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)的本地監(jiān)控；向上通過GPRS無線收發(fā)模塊與局域網(wǎng)相連，進而通過以太網(wǎng)與遠程主機連接起來，實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能。微控制器采用Atmel公司的AT91RM40008芯片，一款基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位控制器，工作頻率為66 MHz，其片內(nèi)集成了256 KB RAM，可以將代碼直接運行在片內(nèi)RAM上，使得應用程序的設計可以采用任務查詢方式，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。兩個全雙工通用同步／異步收發(fā)器(UART)與外圍控制器PDC連接，整段數(shù)據(jù)交給硬件自動收發(fā)處理，比單字節(jié)處理大大減輕系統(tǒng)處理壓力，保證了系統(tǒng)的實時性。電路圖略——編者注。
2．4 LCD模塊
μC／OS系統(tǒng)控制器界面顯示采用7寸LCD屏幕，800×480像素分辨率，提供了良好的人機交互界面。驅(qū)動控制采用SSD1963Q芯片，可以顯示16×16、32×32等漢字和字符。觸摸屏模塊中采用TI公司的ADS7843芯片，它是12位取樣模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有功耗低的優(yōu)點，適合用于該核心控制器。電路圖略——編者注。
2．5 電力線載波通信模塊
電力線載波通信芯片是電力線載波通信系統(tǒng)的核心，在該控制系統(tǒng)中，選用了力合微公司生產(chǎn)的LME2980芯片，該芯片具有抗干擾能力強、靈敏度高等優(yōu)點，集成了看門狗等電路，確保了工業(yè)環(huán)境下的可靠性。電力線載波通信電路設計如圖3所示。

3 μC／OS系統(tǒng)控制器軟件設計
μC／OS系統(tǒng)控制器的軟件設計可以分為3層：應用層、中間層和驅(qū)動層。驅(qū)動層是整個軟件控制系統(tǒng)工作的基礎，主要包括LCD驅(qū)動、定時器驅(qū)動、CPU驅(qū)動等；中間層主要實現(xiàn)中間層對底層不同設備的兼容和向上層提供各類應用程序開發(fā)的統(tǒng)一接口，主要包括一些C庫函數(shù)、底層功能函數(shù)以及μC／OS系統(tǒng)調(diào)用接口；應用層通過調(diào)用中間層提供的接口，完成界面控制、網(wǎng)絡通信、串口通信等功能用以控制智能家居設備。控制器的軟件模塊層次圖如圖4所示。

3．1 載波通信模塊軟件設計
載波通信過程中，載波通信控制單元發(fā)送完一位擴頻數(shù)據(jù)后，自動產(chǎn)生一次中斷，允許下一位數(shù)據(jù)發(fā)送。根據(jù)捕獲和同步過程需要，首先發(fā)送至少42位的全“1”數(shù)據(jù)，本文中發(fā)送45位全“1”數(shù)據(jù)；然后按位發(fā)送同步幀頭0xA5；之后根據(jù)用戶的有關(guān)通信協(xié)議按位發(fā)送通信地址、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)體、校驗等字節(jié)。數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，載波通信模塊即可轉(zhuǎn)為接收態(tài)。但為確保待發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一位發(fā)送成功，必須在發(fā)送完最后一位數(shù)據(jù)后的下一次發(fā)送中斷到來后，才可以轉(zhuǎn)換載波發(fā)送態(tài)到接收態(tài)。載波發(fā)送過程中，CPU必須使計數(shù)器復位，避免自動復位提前進入載波接收態(tài)。
為了保證命令數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，將協(xié)議設計如下：設備地址+數(shù)據(jù)包+數(shù)據(jù)包類型+命令長度+命令設備+設備子命令+命令參數(shù)+校驗和。設備地址為命令上傳或者下發(fā)時從設備的物理地址；數(shù)據(jù)包根據(jù)數(shù)據(jù)的傳輸方向分為請求數(shù)據(jù)包和響應數(shù)據(jù)包，分別對應于處理器向下發(fā)送命令和子設備回復數(shù)據(jù)包；命令長度表示了后續(xù)命令包的長度；命令設備、設備子命令和命令參數(shù)等表示針對不同的子設備，需要發(fā)送的命令格式也不同；校驗和是指所有幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)和。
接在電力線上的子設備主要分為兩類：一類是需要上傳狀態(tài)信息的設備，主要包括空調(diào)、微波爐、冰箱、熱水器和洗衣機等；還有一類就是開關(guān)型設備，只需實時查詢即可，無需上傳狀態(tài)信息，如日光燈等開關(guān)型設備。