引言
智能家居系統(tǒng)由一個(gè)主控制器和各節(jié)點(diǎn)模塊組成，主控制器有以ARM LPC2364為核心和MAX3088構(gòu)成的RS一485接口,，可以掛接最多256個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn),，對(duì)于一個(gè)家庭已經(jīng)夠用，尤其對(duì)于這樣一個(gè)設(shè)備復(fù)雜多變的家庭網(wǎng)絡(luò)非常適合,。
MAX3088芯片支持最大10 Mb／s的傳輸速度,，使傳輸一些大數(shù)據(jù)量信息成為可能，而且還提高了系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
該系統(tǒng)通過以LPC2364為核心的主控制器連接外部Internet網(wǎng)絡(luò)和家庭RS一485網(wǎng)絡(luò),，摒棄了傳統(tǒng)的以家庭電腦為主控制器的方法，不僅節(jié)省了開支,，而且省電節(jié)耗效果明顯,。另外，保留了一個(gè)RS-232接口,，以方便與家庭電腦通信,，也為以后的系統(tǒng)升級(jí)提供了方便,。LPC2364是飛利浦公司的一款帶有以太網(wǎng)控制器的ARM芯片,，具有豐富的外設(shè)、較高的速度,、工業(yè)級(jí)的控制標(biāo)準(zhǔn),，是穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的最佳選擇,。其次,，RS一485總線的掛接節(jié)點(diǎn)，按其功能可以分為家電控制模塊節(jié)點(diǎn),、安防控制模塊節(jié)點(diǎn),、燈光控制模塊節(jié)點(diǎn)等。
1 總體方案設(shè)計(jì)
智能家居系統(tǒng)包括多方面控制,，如家電控制,、安防報(bào)警控制、燈光控制,、三表控制,、門窗控制等。
每一方面的控制都包含了很多小的節(jié)點(diǎn),。本文選擇代表性較強(qiáng)的家電控制和安防監(jiān)控模塊進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì),。
1.1 家電控制模塊
現(xiàn)代家庭中主要使用的電器的共同特點(diǎn)是繼電器控制。在家電的控制板上將功能繼電器相應(yīng)的控制線與模塊MCU連接,，通過RS-485總線接口就可以方便地使用該系統(tǒng)進(jìn)行控制,，如圖2所示。
使用7 bit輸入／輸出的達(dá)林頓管芯片MC1413驅(qū)動(dòng)繼電器,，來控制相關(guān)的開關(guān)量,。如對(duì)空調(diào)來說，溫度控制,、風(fēng)向控制等是按鍵的開關(guān)量,，都可以由繼電器來完成相應(yīng)的控制?？紤]到要嵌入家電中,，控制節(jié)點(diǎn)盡量做得精小,，而且沒有復(fù)雜的控制對(duì)象，選用AT89C2051單片機(jī)作為控制器,。RS-485通信接口使用MAX1487芯片,，允許掛接125個(gè)家電，采用半雙工通信方式,，通信速率為2.5 Mb／s,。家電控制通信只是進(jìn)行控制命令和家電狀態(tài)信息的傳輸，數(shù)據(jù)量很小,。該芯片通信速率能夠滿足要求,。
1.2 安防監(jiān)控模塊
安防系統(tǒng)由煙霧傳感部分、煤氣傳感部分,、實(shí)時(shí)監(jiān)控部分等組成,，實(shí)現(xiàn)了防火、防煤氣中毒,、防盜監(jiān)控等功能,。這些組成部分由煙霧傳感器和煤氣傳感器等傳感器組成，結(jié)合A／D轉(zhuǎn)換芯片傳輸信息,。
實(shí)時(shí)監(jiān)控部分采用Ovinmin公司生產(chǎn)的OV7141圖像采集芯片,。OV7141是高度集成的攝像芯片，支持多種格式,，內(nèi)設(shè)串行控制總線（serial Camera Control Bus,，SCCB）接口，提供簡單控制方式,，可以對(duì)OV7141芯片內(nèi)部所有寄存器值進(jìn)行修改 ,。OV7141包含有8 bit數(shù)據(jù)（DO，D1,，D7）,，同步信號(hào)VSYNC、HREF,、PCLK,，這些信號(hào)需要送給CPU以讀取圖像數(shù)據(jù)和保證同步。
由于OV7141默認(rèn)幀頻為30 Hz,，像素為640×480= 307 200,，在此幀頻下的圖像數(shù)據(jù)傳輸速率為9.216 MB／s。在不考慮同步的情況下已遠(yuǎn)超過串口的響應(yīng)速度,，必須重新設(shè)置以降低幀頻和像素,。
在該系統(tǒng)中對(duì)OV7141的訪問有：
① 設(shè)置地址號(hào)為0xl1的幀頻控制器CLKRC，以降低幀頻,；
?、?設(shè)置地址號(hào)為0x14的控制器COMC，以設(shè)置像素為320×240,；
?、?設(shè)置地址號(hào)為0x28的COMH，以設(shè)置掃描格式 ,。
硬件電路如圖3所示,。
單片機(jī)89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只有128 ByteRAM，必須外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)圖片,。由于單片機(jī)串口速度的限制,，OV7141的像素設(shè)置為320×240，采集黑白圖片,，這樣一幀圖片的存儲(chǔ)空間約為76 800 bit,，即9.6 KB,。外擴(kuò)一個(gè)比9.6 KB大的存儲(chǔ)器即可,，選擇32 KB的62256芯片可存儲(chǔ)多幀圖片。
數(shù)據(jù)的傳輸速度受到串口速度的限制,，必須提高串口波特率,。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，在使用串口傳輸方式3時(shí),，波特率可變,，可以根據(jù)傳輸效果實(shí)時(shí)改變。表1所示是采用不同波特率時(shí)一幀（一幀按9.6 KB計(jì)算）圖片的傳輸時(shí)間,。
2 網(wǎng)絡(luò)通信
2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
單片機(jī)構(gòu)成的多級(jí)系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu),。所謂主從式結(jié)構(gòu)，即在多個(gè)單片機(jī)中,，一個(gè)主機(jī)負(fù)責(zé)通信管理,，其余的都是從機(jī)，從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度和支配,。主機(jī)還負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行遠(yuǎn)程通信,。
在實(shí)際的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用RS一232,、RS一422或RS一485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。根據(jù)傳輸距離和通用性，選擇RS一485總線,，單片機(jī)采用串行口工作方式3通信,。
每個(gè)從機(jī)都有惟一的地址碼，該地址碼就是從機(jī)身份的識(shí)別標(biāo)志。
2.2 通信機(jī)制
系統(tǒng)采用了RS一485總線通信方式,，如圖4所示,。通信中采用“輪詢制”，中繼器作為主設(shè)備不斷向下發(fā)送設(shè)備請(qǐng)求應(yīng)答幀,，而接人從設(shè)備不能主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù),。任何時(shí)刻，總線只處于一種方式,，即接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù),。系統(tǒng)初始化一旦完成，總線即被置為接收狀態(tài),，當(dāng)從設(shè)備接收完主設(shè)備發(fā)來的消息后,，立即通過軟件將總線置為發(fā)送狀態(tài)，等從設(shè)備發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)又立即轉(zhuǎn)為接收狀態(tài),，等待主設(shè)備的請(qǐng)求幀,。如果發(fā)來的請(qǐng)求幀中，設(shè)備ID地址和自身ID地址一致,，接收設(shè)備就檢查這個(gè)幀是否正確,。
表2所示為主機(jī)地址幀，從機(jī)的地址碼為00H,，01H,，02H，并用地址碼FFH命令從機(jī)復(fù)位,。
表3所示為主機(jī)給從機(jī)的命令幀,，OlH為主機(jī)命令從機(jī)接收數(shù)據(jù)，02H為主機(jī)命令從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),。
如表4所示,，數(shù)據(jù)字描述的都是開關(guān)量的信息,，可以作為狀態(tài)信息傳送給主機(jī),，也可作為主機(jī)發(fā)送的命令格式。
2.3 通信流程圖
通信流程圖如5所示,。
3 結(jié)語
系統(tǒng)采用嵌入式控制芯片做控制單元,，通用RS-485總線組成傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了低成本,、長距離傳輸,，滿足一般家庭的遠(yuǎn)程控制家電需求，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性,。