【正文】 轟動(dòng)。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng) 3G 產(chǎn)品、安防監(jiān)控、數(shù)字信息共享的家居系統(tǒng)。除了海爾，國(guó)內(nèi)還有一些優(yōu)秀的智能家居公司，如北京的中訊威易。原因在于現(xiàn)如今的智能家居行業(yè)的發(fā)展存在依然存在不少問題。當(dāng)然，相對(duì)于一開始的天文數(shù)字，如今的價(jià)格似乎越來(lái)越貼近民心，特別是一些剛剛興起的國(guó)內(nèi)品牌。這對(duì)于普通的工薪家庭來(lái)說(shuō)，大大小小也是一筆費(fèi)用。國(guó)際上，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)有：CAN、X10 、LonWorks 等數(shù)百種標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)線通信技術(shù)有：、 等標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在市面上的智能家居產(chǎn)品也是五花八門，即使是同一公司的同一系列產(chǎn)品，有時(shí)也很難做到絕對(duì)的兼容。特別對(duì)于一個(gè)價(jià)格不低的產(chǎn)品，如果得到的功能不如預(yù)期將會(huì)打擊人們的購(gòu)買欲。這就要求這個(gè)產(chǎn)業(yè)需要形成完善的售前銷售售后服務(wù)鏈。智能家居還做不到普及，最大的原因就是成本問題。 （3）穩(wěn)定化。 （4）低碳化。要想智能家居行業(yè)能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展，就必須建立完善的服務(wù)體系為客戶提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 主要內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 研究?jī)?nèi)容一個(gè)完整的智能家居控制系統(tǒng)的解決方案，需要研究和解決的內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面：（1）如何實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能：包括系統(tǒng)的初始化，對(duì)子系統(tǒng)的調(diào)度和管理，用戶管理，數(shù)據(jù)的接受發(fā)送及處理。（5）客戶終端的設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)內(nèi)嵌 Web 服務(wù)器 ，所以采用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器來(lái)作為系統(tǒng)的客戶端，不用單獨(dú)的開發(fā)客戶端的應(yīng)用程序。（3）家電控制系統(tǒng)：完成溫度濕度數(shù)據(jù)采集，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾的狀態(tài)。只有這樣才能良好順利的完成系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要遵守以下的規(guī)則:（1）簡(jiǎn)單方便由于現(xiàn)在市面上大多數(shù)的智能家居系統(tǒng)主要定位于高收入者、公司高層管理人員者的住宅控制系統(tǒng),方便金領(lǐng)的生活和工作。要做到價(jià)格實(shí)惠,必須在滿足普通家庭生活所需的功能外,去掉多余的功能,減少研發(fā)成本。在用戶需要新的功能時(shí),方便進(jìn)行日后的優(yōu)化升級(jí)。 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是以基于 CortexM3 為內(nèi)核的 STM32 微處理器為嵌入式控制器的核心 CPU,通信協(xié)議選擇 TCP/IP 協(xié)議族中的 uip 協(xié)議,上位機(jī)采用 VC++實(shí)行監(jiān)控,以此組建本論文家居控制系統(tǒng)的控制中心,向外部的設(shè)備模塊收發(fā)信號(hào)來(lái)控制實(shí)際的外圍設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)家電控制和對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。如果發(fā)生異常環(huán)境入侵情況,處理器立即向用戶發(fā)送 MMS 報(bào)警信息,在用戶查看圖片授權(quán)確認(rèn)后,處理器根據(jù)用戶的設(shè)置,進(jìn)行操作,如:聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、儲(chǔ)存可疑人員圖像、系統(tǒng)復(fù)位、更新系統(tǒng)背景圖片等。目前主要有兩種遠(yuǎn)程控制的方式，基于瀏覽器的 PC 訪問和電話線的遠(yuǎn)端控制，前者其實(shí)現(xiàn)是通過以太網(wǎng)控制芯片提供 RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口，經(jīng)由雙絞線接入網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)控制芯片同 ARM 處理器一起可以提供 10100M 的網(wǎng)絡(luò)通道，然后在此硬件基礎(chǔ)上安裝 Linux 操作系統(tǒng)，在其上實(shí)現(xiàn) Web 服務(wù)器的功能，并利用操作系統(tǒng)支持的 TCP/IP 協(xié)議，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制；后者是在中央控制系統(tǒng)中嵌入語(yǔ)音控制芯片，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)音控制功能，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能，主要實(shí)現(xiàn)溫度濕度的采集，非法入侵報(bào)警，煤氣泄漏檢測(cè)，多表抄送，空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾等家用設(shè)備的控制。 通信協(xié)議／IP 協(xié)議棧TCP／IP 協(xié)議棧是一個(gè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上通信的協(xié)議族，這組協(xié)議使得不同平臺(tái)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)成為可能，它是一個(gè)真正開放系統(tǒng)，最早起源于一個(gè)關(guān)于分組交換網(wǎng)絡(luò)研究的項(xiàng)目，后來(lái)發(fā)展成為 Inter 事實(shí)上的通信標(biāo)準(zhǔn)。由于 TCP 協(xié)議是面向連接的通信協(xié)議，所以在主機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須先建立連接，才可以提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詣t由以下措施來(lái)保障：TCP 發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分成多個(gè)合適大小的數(shù)據(jù)塊，然后把數(shù)據(jù)塊傳遞給 IP 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，一般將 TCP 發(fā)送給 IP 的信息單元稱為報(bào)文段；當(dāng)TCP 發(fā)送端發(fā)出一個(gè)報(bào)文段后，會(huì)激活一個(gè)定時(shí)器，如果在一定的時(shí)間內(nèi)沒有收到 TCP 接收端收到該報(bào)文段的確認(rèn)，TCP 發(fā)送端將會(huì)把該報(bào)文段重新發(fā)送一次；當(dāng) TCP 接受端接受到發(fā)送端發(fā)送的報(bào)文段后，會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信息，一般這個(gè)確認(rèn)信息將會(huì)延遲幾分之一秒后才發(fā)送；發(fā)送的報(bào)文段中包含它首部和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和，用來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)在傳送過程中是否發(fā)生異常，如果 TCP 接收端計(jì)算得出的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和與報(bào)文段中的校驗(yàn)和不符，TCP 接受端將會(huì)丟棄該報(bào)文段并且不發(fā)送接受確認(rèn)信息，讓 TCP 發(fā)送端重發(fā)該數(shù)據(jù)；由于 TCP 報(bào)文段是封裝在 IP 數(shù)據(jù)包中傳輸?shù)模@就有可能導(dǎo)致 TCP 報(bào)文段不會(huì)順序到達(dá)，TCP 接收端需要對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，也有可能接受到重復(fù)的報(bào)文段，因此需要把多余的報(bào)文段丟棄，然后將正確的報(bào)文段提交給應(yīng)用層。11 / 49TCP 協(xié)議首部 TCP 首部的格式如下圖所示：16 位的源端口號(hào) 16 位的目的端口號(hào)32 位的序號(hào)32 位的確認(rèn)序號(hào)4位首部長(zhǎng)度保留（6 位）URGACKPSTSYNSTN16 位的窗口大小16 位校驗(yàn)和 16 位的緊急指針可選項(xiàng)封裝的數(shù)據(jù)圖 23 TCP 首部的格式從圖中可知，TCP 首部最少 20 個(gè)字節(jié)，主要包括以下各域：16 位的源端口號(hào)和目標(biāo)端口號(hào)：該域是用來(lái)指定發(fā)送方和接受方的端口號(hào)，TCP 協(xié)議同 UDP 協(xié)議是不同的，在此 TCP 的源端口號(hào)必須指定，因?yàn)?TCP 協(xié)議是面向連接的，一個(gè) TCP 連接的建立必須由發(fā)送和接收兩方的 IP 地址和端口號(hào)組成，這是由于一個(gè)端口號(hào)可以被多個(gè)不同的連接所重用，因此兩個(gè)端口號(hào)都要設(shè)置，才能確認(rèn)該數(shù)據(jù)段所屬的 TCP 連接，否則無(wú)法確定處理數(shù)據(jù)的是哪個(gè)應(yīng)用程序；32 位的序列號(hào)：該域用來(lái)表示在某個(gè)報(bào)文段中的第一個(gè)字節(jié)，TCP 協(xié)議采用序號(hào)對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣接收端就可以使用這個(gè)序列號(hào)，補(bǔ)償傳輸中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟灰恢?，將分段的?bào)文重組成發(fā)送時(shí)的報(bào)文段，以確保數(shù)據(jù)在傳送過程中沒有丟失數(shù)據(jù)、失序或者重復(fù)；32 位的確認(rèn)號(hào)字段：該域不僅僅用來(lái)向數(shù)據(jù)發(fā)送方確認(rèn)它已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)，也用來(lái)標(biāo)識(shí)下一個(gè)希望收到報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)，收到 ACK 報(bào)文的源主機(jī)會(huì)知道特定的段已經(jīng)被收到；4 位的首部長(zhǎng)度：該域指定了首部的大小，如果沒有可選項(xiàng)，它的長(zhǎng)度為 20字節(jié)；6 位標(biāo)志域：該域中的每位標(biāo)志都可以打開一個(gè)對(duì)應(yīng)的控制功能，比如 URG用來(lái)設(shè)置緊急指針是否有效，ACK 該位用來(lái)標(biāo)識(shí)確認(rèn)序號(hào)是否有效，SYN 該位用來(lái)發(fā)起一個(gè)數(shù)據(jù)連接，F(xiàn)IN 表明發(fā)送端完成發(fā)送任務(wù)；16 位的窗口大?。涸撚虻闹凳怯砂l(fā)送端和接受端聲明的窗口大小來(lái)決定的，該值表示接受端可以接受的字節(jié)數(shù)，起始于確認(rèn)序號(hào)字段指明的值；16 位的校驗(yàn)和是一個(gè)強(qiáng)制性的字段，其值經(jīng)發(fā)送端計(jì)算并存儲(chǔ)，最后由接受端來(lái)驗(yàn)證；緊急指針只有在 URG 置位時(shí)才有效，用來(lái)標(biāo)識(shí)緊急數(shù)據(jù)，這時(shí) TCP的緊急方式將被啟動(dòng)，要求網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備必須優(yōu)先處理標(biāo)識(shí)為緊急的數(shù)據(jù)，假如URG 未被置位，則該域?qū)⒆鳛樘畛?；選項(xiàng)域：該域標(biāo)識(shí)那個(gè)選項(xiàng)有效，如果沒有選項(xiàng)，該域就清零，一般在通信的第一個(gè)報(bào)文段中確定該域的值，選項(xiàng)域的值可以為以下幾種情況：0 說(shuō)明選項(xiàng)域的結(jié)束，1 表示無(wú)需再有操作，2 表示下四個(gè)字節(jié)包括源機(jī)器的最大段長(zhǎng)度；數(shù)據(jù)域并不是 TCP 首部的一部分，TCP 報(bào)文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的，因?yàn)橛袝r(shí)允許發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報(bào)文段。TCP 的超時(shí)和重傳機(jī)制13 / 49在 TCP 協(xié)議中，超時(shí)重傳機(jī)制是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要保障。 數(shù)據(jù)鏈路層有自己的幀格式，在這個(gè)格式中有一個(gè)字段是“數(shù)據(jù)字段最大長(zhǎng)度” 。運(yùn)輸層會(huì)進(jìn)行分片工作，把數(shù)據(jù)劃分成 IP 和在使用的數(shù)據(jù)鏈路層都可能接納的大小。因?yàn)?，首先所有將?shù)據(jù)封裝在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)中的高層協(xié)議，都有覆蓋整個(gè)分組的檢驗(yàn)和；其次，每經(jīng)過一個(gè)路由器，IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部就要改變一次，但數(shù)據(jù)部分不變。路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的工作原理是在內(nèi)存中的 IP 層保存了一個(gè)路由表，每當(dāng)它接收到一個(gè)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就去查找一下路由表，來(lái)確定其下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的最佳路徑，并把數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。UDP 的數(shù)據(jù)包的格式如圖 25 所示：16 位源端口號(hào) 16 位目的端口號(hào)16 位 UDP 長(zhǎng)度 16 位 UDP 校驗(yàn)和數(shù)據(jù)（如果存在）圖 25 UDP 首部從表中可以知道，16 位的源端口號(hào)和 16 位的目的端口號(hào)分別為源計(jì)算機(jī)和目的主機(jī)上的連接號(hào)。但對(duì)于小成本或非商業(yè)性的系統(tǒng)開發(fā)，15 / 49往往希望有開源的協(xié)議棧，uIP 正滿足了這個(gè)條件。TCP 是面向連接的可靠傳輸協(xié)議。uIP 為了節(jié)省內(nèi)存的占用率，在發(fā)送的時(shí)候并不緩存數(shù)據(jù)，而是在內(nèi)部設(shè)計(jì)重發(fā)事件，在數(shù)據(jù)發(fā)送失敗的時(shí)候，直接調(diào)用重發(fā)事件。本章主要介紹系統(tǒng)的硬件平臺(tái),包括主控制器的設(shè)計(jì)以及外部硬件的連接。單片機(jī)是指,通過大規(guī)模集成電路技術(shù)把 CPU 和 RAM、ROM 以及其他 IO 口集成在一塊芯片上形成的最小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可以理解為在高性能單片機(jī)的基礎(chǔ)上嵌入操作系統(tǒng)。表 31 為 8 位、16 位、32 位單片機(jī)的性能對(duì)比。綜上 ,選擇 STM32 作為主控制器。內(nèi)部含兩級(jí)嵌套優(yōu)先級(jí) ,支持中斷嵌套,縮短中斷延時(shí)。目前,使用較多的是 STM32F 系列的處理器,它們的主要特性如圖 31 所示。那么針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,F1 系列已經(jīng)足夠滿足,于是將 STM32F103VET6 作為本系統(tǒng)的主控制芯片。在電源轉(zhuǎn)換芯片前后加上合適的電容起到濾除相應(yīng)的高頻低頻信號(hào)干擾。濾波電容連接如圖 33 所示。圖 34 晶振電路（3）下載接口電路JLink 是 SEGGER 公司為支持仿真 ARM 內(nèi)核芯片推出的 JTAG 仿真器。圖 35 Jlink 復(fù)位電路（4）復(fù)位電路正常狀態(tài)下將主芯片的 RESET 引腳拉高，當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)將 RESET 引腳拉低，用于在控制器出現(xiàn)故障時(shí)復(fù)位控制器。圖 37 啟動(dòng)選擇電路（6）網(wǎng)絡(luò)通信電路設(shè)計(jì)ENC28J60 是帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口（S erial Peripheral Interface，SPI）的 獨(dú) 立 以 太 網(wǎng) 控 制 器 。 與 主 控 制 器 的 通 信 通 過 兩 個(gè) 中 斷 引 腳 和 SPI 實(shí) 現(xiàn) ，數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率 高 達(dá) 10Mb/s。圖 39 輸入電路圖 310 輸出電路系統(tǒng)輸入采用光耦隔離，在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。PA6 連接火災(zāi)傳感器，PA7 連接可燃?xì)怏w傳感器以及 PC4 用來(lái)連接紅外探測(cè)器，在檢測(cè)到有異常的情況時(shí)將輸出數(shù)字信號(hào)反饋至主控器，主控制器便會(huì)控制 PD0 輸出高電平觸發(fā)光耦隔離器導(dǎo)通，進(jìn)而控制繼電器啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 軟件介紹 STM32 編程工具Keil 是美國(guó) Keil Software 公司出品的兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。在中國(guó)，Keil 軟件被中國(guó) 80%的硬件工程師使用，利用其生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 VC++編程工具M(jìn)FC(MicrosoftFoundationClasses)是微軟基礎(chǔ)類庫(kù)的簡(jiǎn)稱，是微軟公司實(shí)現(xiàn)的一個(gè) c++類庫(kù)，主要封裝了大部分的 windows API 函數(shù)，vc++是微軟公司開發(fā)的c/c++的集成開發(fā)環(huán)境，集成開發(fā)環(huán)境就是利用它可以編輯、編譯、調(diào)試，而不是使用多種工具輪換操作，靈活性較大。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿25 / 49真、PCB 繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。 程序設(shè)計(jì) 主控制器程序設(shè)計(jì)主控制器通過 LWIP 協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。初始化連接服務(wù)器開始連接成功Y連接標(biāo)記置1 幀聽上位機(jī)上位機(jī)是否有信號(hào)Y處理上位機(jī)命令讀取傳感器值檢測(cè)到危險(xiǎn)輸出報(bào)警連接標(biāo)記是否為 1 ？打包傳感器信息并發(fā)送至上位機(jī)YYNNNN圖 41 主控制器程序流程圖27 / 49 VC++程序設(shè)計(jì)利用 MFC 設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件，上位機(jī)為服務(wù)器。圖 43 為主控制器電路板 PCB 圖。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了整體架構(gòu)，并最終完成家居環(huán)境檢測(cè)和家電控制控制系統(tǒng)。由于在設(shè)計(jì)初期專業(yè)技能知識(shí)不夠全面，以及時(shí)間和個(gè)人能力的限制，系統(tǒng)在整體上依然存在一些不盡如人意的地方，有些問題需要進(jìn)一步改進(jìn)：（1）豐富系統(tǒng)功能。 （2）增強(qiáng)交互能力。 以上是本篇論文所要介紹的全部?jī)?nèi)容，存在不足之處希望老師能不吝賜教，予以指正。本論文從一開始就得到了王老師的悉心指導(dǎo)，沒有老師在總體上把握方向，論文工作不會(huì)這么順利地完成。在他們的幫助下，我才能順利完成課題的設(shè)計(jì)。 dat = op | (address amp。 if (address amp。}void enc28j60WriteOp(u8 op, u8 address, u8 data){ u8 dat = 0。 ENC_SPI_ReadWrite(dat)。}void