基于STM32F的智能家居服務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，將傳統(tǒng)的Internet與新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整合的趨勢越來越明顯，嵌入式服務(wù)網(wǎng)關(guān)既是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)，又是遠(yuǎn)程WEB 的服務(wù)器，它實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的通信。同時(shí)也是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入Internet，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)概念的關(guān)鍵設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演非常重要的角色，它將成為連接物聯(lián)網(wǎng)感知層網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)以及不同類型的感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。并且具有廣泛的感知網(wǎng)接入、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換和強(qiáng)大的系統(tǒng)管理等特點(diǎn)[1]。利用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的服務(wù)網(wǎng)關(guān)可以有效降低成本，利用家庭智能化的普及。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在遠(yuǎn)端的移動(dòng)智能終端或電腦通過Internet 訪問到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，而嵌入式WEB 服務(wù)器提供了交互式的頁面訪問。如果訪問數(shù)據(jù)量大或者需要對(duì)數(shù)據(jù)有統(tǒng)計(jì)、分析及處理，那么需要建立網(wǎng)頁服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 [2]。在物聯(lián)網(wǎng)框架下的智能家居是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要多人合作完成，如Internet 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的設(shè)計(jì)、建立感知層網(wǎng)絡(luò)。文中重點(diǎn)介紹服務(wù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，包括嵌入式WEB、近程終端、WSN 協(xié)調(diào)器3個(gè)部分所組成的一體化終端。它是兩個(gè)異構(gòu)網(wǎng)之間的橋梁，起著重要的銜接作用[3]。

圖1 系統(tǒng)總體框

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中智能家居系統(tǒng)的硬件由3 部分組成：服務(wù)網(wǎng)關(guān)、終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。

(1)服務(wù)網(wǎng)關(guān)

服務(wù)網(wǎng)關(guān)硬件框圖如圖2 所示。由ARM 主控制器、Zigbee 模塊、以太網(wǎng)PHY、TFT-LCD 液晶觸

摸屏、及最小系統(tǒng)模塊5 部分組成。

圖2 服務(wù)網(wǎng)關(guān)硬件框

主控制器采用基于ARM(Cotex-M3) 核的STM32F107 互聯(lián)型微控制器。它擁有64K SRAM、

256K FLASH、以太網(wǎng)MAC 等豐富的存儲(chǔ)器及外設(shè)資源。Zigbee 模塊是由TI 公司的CC2430 作為主控芯片，在服務(wù)網(wǎng)關(guān)中它是WSN 的協(xié)調(diào)器，通過USART 實(shí)現(xiàn)與主控制器之間的數(shù)據(jù)通信。以太網(wǎng)模塊采用以太網(wǎng)的物理層芯片DM9161A，通過RMII與主控制器相連接，其50M 時(shí)鐘由ARM 的MCO提供。液晶觸摸屏通過I/O 接口與ARM 相連，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。