【正文】 536之間任意值分頻。詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)所用的嵌入式微處理器芯片STM32，包括STM32的內(nèi)核介紹、中斷管理、系統(tǒng)的滴答定時(shí)器、電源控制、時(shí)鐘、通用和復(fù)用功能IO、中斷和事件、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)、定時(shí)器。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)單片機(jī)RESET引腳直接接到GND，實(shí)現(xiàn)低電平按鍵復(fù)位。故它不是一個(gè)時(shí)間器而是一個(gè)計(jì)數(shù)器。通常情況濾波電容都是一個(gè)瓷片電容和一個(gè)電解質(zhì)電容，瓷片電容是過濾低頻雜波，電解質(zhì)電容是過濾高頻雜波。由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，它基本上不會(huì)損壞。圖37 7805典型應(yīng)用電路 LM1117簡(jiǎn)介L(zhǎng)M1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。 LM1117特性 ，節(jié)省空間的SOT223和LLP封裝，電流限制和熱保護(hù)功能，輸出電流可達(dá)800mA，溫度范圍：0℃125℃。MQ7氣體傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。ESP8266在搭載應(yīng)用并作為設(shè)備中唯一的應(yīng)用處理器時(shí)，能夠直接從外接閃存中啟動(dòng)。CP2102與其他USBUART轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，通過驅(qū)動(dòng)程序?qū)C的USB口虛擬成COM口以達(dá)到擴(kuò)展的目的。(8) 支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位停止位2和校驗(yàn)位。C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)豐富，運(yùn)算速度快，具有良好的可移植性，而且可以實(shí)現(xiàn)直接對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。工程建立好了之后對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，點(diǎn)擊工程窗口邊的“Target 1”，然后使用菜單“ProjectOptions for Target 1”點(diǎn)擊“Target”復(fù)選框選擇使用晶振的頻率，在“Creat Hex file”對(duì)話框前邊打鉤。將固件庫(kù)中的啟動(dòng)文件剪切出來(lái)放在Libraries目錄下。ESP8266WiFi模塊可以設(shè)置為服務(wù)器模式和客戶模式 ,對(duì)于智能家居系統(tǒng)的控制中心我們將ESP8266WiFi模塊設(shè)置成服務(wù)器模式，將其他的傳感器模塊設(shè)置成客戶模式，這樣就可以實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)，每個(gè)傳感器模塊都可以連接服務(wù)器的WiFi實(shí)現(xiàn)傳感器模塊與智能家居控制中心的通信。 Altium Designer軟件簡(jiǎn)介Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows XP操作系統(tǒng)。 Altium Designer軟件界面Altium Designer是以Windows為基礎(chǔ)的PCB設(shè)計(jì)工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。系統(tǒng)控制電路PCB圖如圖52所示。(6) 為了保證焊接的質(zhì)量，焊接元件時(shí)一定要先固定一個(gè)引腳，然后調(diào)整元件的位置及高低至合適后，再焊另外的引腳，以免焊歪，因?yàn)橐坏┕潭▋蓚€(gè)以上引腳，元件的位置就不可動(dòng)。但因?yàn)榘l(fā)展時(shí)間較短，技術(shù)手段尚不成熟，我國(guó)智能家居建設(shè)還存在很多不足，例如智能家居工程技術(shù)人員缺乏，管理水平低，行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)制定滯后，智能家居產(chǎn)品的層次和技術(shù)含量低，智能化不明顯，精品很少。研究STM32芯片、WiFi模塊的工作原理、socket網(wǎng)絡(luò)編程。第5～8周，進(jìn)行電路原理圖以及PCB的設(shè)計(jì)，完成各個(gè)模塊的電子元件的焊接工作。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的房地產(chǎn)、自動(dòng)化技術(shù)等起步較晚，對(duì)智能住宅的研究也剛剛起步，但當(dāng)引入智能家居的概念之后，智能家居行業(yè)得到了較快的發(fā)展，已經(jīng)借助智能家居的概念和技術(shù)開始推行智能化住宅小區(qū)建設(shè)了，智能家居系統(tǒng)正逐步走入普通百姓家庭。接著又是今年國(guó)務(wù)院鼓勵(lì)民間資本投向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 存在問題我國(guó)的房地產(chǎn)、自動(dòng)化技術(shù)等起步較晚，對(duì)智能住宅的研究也剛剛起步,發(fā)展時(shí)間較短，技術(shù)手段尚不成熟，我國(guó)智能家居建設(shè)還存在很多不足，沒有形成標(biāo)準(zhǔn),價(jià)格也是問題，現(xiàn)在各個(gè)廠家的量沒有上去，價(jià)格也下不來(lái)，渠道建立的不夠完善,使用的門檻高，老人不會(huì)使用，調(diào)試繁瑣，要培養(yǎng)一批專業(yè)的技術(shù)服務(wù)人才。包括單片機(jī)的控制系統(tǒng)，報(bào)警模塊電路、傳感器模塊電路、WiFi模塊電路、繼電器模塊電路的設(shè)計(jì)。664KB的SRAM存儲(chǔ)器。(3)、低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。(7)、2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨(dú)有。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制）。啟動(dòng)模式選擇引腳啟動(dòng)模式BOOT1BOOT0X0主閃存存儲(chǔ)器01系統(tǒng)存儲(chǔ)器11內(nèi)置SRAM（3）電源電路A、輸出5VB、（4）時(shí)鐘電路A．CPU時(shí)鐘電路和RTC時(shí)鐘電路（5）、復(fù)位電路（低電平有效） ESP8266串口WIFI模塊ESP8266是一個(gè)完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨(dú)立運(yùn)行，也可以作為slave搭載于其他Host運(yùn)行。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。傳感器模塊電路MQ7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。（1）、STM32F103VET6引腳圖 （2）啟動(dòng)模式選擇電路STM32F103微控制器不僅可以從Flash存儲(chǔ)器或系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，還可以從內(nèi)置SRAM啟動(dòng)。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。雙采樣和保持能力。用于CPU時(shí)鐘的PLL。單周期乘法和硬件除法。本階段的工作目標(biāo)是完成基本硬件電路的設(shè)計(jì)和控制程序的設(shè)計(jì)。而物聯(lián)網(wǎng)則成為智能家居發(fā)展的一道重要分水嶺，將對(duì)智能家居的發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)規(guī)模進(jìn)行拓展和延伸。 發(fā)展趨勢(shì)目前，物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，智能家居無(wú)疑會(huì)從中得到不少利處。國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀由于國(guó)外計(jì)算機(jī)、嵌入式、通信等技術(shù)較國(guó)內(nèi)有明顯優(yōu)勢(shì)，與之相配套的智能家居產(chǎn)品也較快的發(fā)展起來(lái)，為智能家居行業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的空間，智能家居的理念也得到了人們的普遍認(rèn)可。針對(duì)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，得出設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)以及存在的問題。從圖可以看出，控制中心與WiFi無(wú)線通信模塊的連接是為了實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)距離對(duì)家居的智能控制。監(jiān)控中心功能、家電控制功能等。(3) 元器件的阻值大小，方向一定要對(duì)，電阻值要選擇好，注意電解電容、二極管和三極管和蜂鳴器是極性的。圖51 Altium Designer軟件界面 系統(tǒng)主控部分PCB圖啟動(dòng)Altium Designer軟件之后，對(duì)智能家居系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了原理圖的繪制和PCB圖的設(shè)計(jì)，其中控制芯片電路的設(shè)計(jì)包括啟動(dòng)模式選擇電路、復(fù)位電路、CPU時(shí)鐘電路和RTC時(shí)鐘電路、濾波電路。(2) 印刷電路板設(shè)計(jì)。將繪制好的PCB進(jìn)行打樣。包含了stm32中斷函數(shù)和用戶以后要添加的中斷函數(shù)。Project ：包含大量外設(shè)的例程和各個(gè)軟件版本的工程模板。這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框要求你選擇目標(biāo)設(shè)備的型號(hào)。匯編語(yǔ)言編譯效率高，但計(jì)算能力不強(qiáng)，較大規(guī)模的復(fù)雜程序設(shè)計(jì)困難，且開發(fā)周期長(zhǎng)，可讀性及維護(hù)性都比較差。(6) SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起。LED2為信號(hào)指示燈，RRRR11為限流電阻。上面三個(gè)接電壓，下面中間接地，另兩個(gè)就是輸出；反過來(lái)也行，把下面三個(gè)接VCC，上面中間接地。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫()檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫()清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。LM1117系列有LLP、TO26SOT22TO220和TO252 DPAK封裝。(2) 引腳為接地引腳。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7806表示輸出電壓為正6V，7809表示輸出電壓為正9V，7812表示輸出電壓為正12V。3 經(jīng)過工程師的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)32768 Hz，時(shí)鐘最準(zhǔn)確。為了確保時(shí)鐘長(zhǎng)期的準(zhǔn)確性，晶振必須正常工作，不能夠收到干擾。相應(yīng)的啟動(dòng)模式可通過BOOT[1:0]引腳選擇3種不同的啟動(dòng)模式。 本章小結(jié)本章對(duì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的功能和總體結(jié)構(gòu)做了一個(gè)就具體的表述，其中功能是實(shí)現(xiàn)家庭照明系統(tǒng)的控制以及對(duì)家居內(nèi)部一氧化碳的監(jiān)測(cè)。根據(jù)在控制寄存器1中斷自動(dòng)裝載預(yù)裝載使能位的設(shè)置，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容被立即或在每次的更新事件時(shí)傳送到影子寄存器。如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷：更新，計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化。通過設(shè)置寄存器的CAL位啟動(dòng)校準(zhǔn)，CAL位被硬件復(fù)位，可以開始正常轉(zhuǎn)換[13]。規(guī)則組有多大16個(gè)轉(zhuǎn)換組成。它最多18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。如果需要產(chǎn)生事件，必須先配置好并使能事件線。開漏模式時(shí),讀輸入數(shù)據(jù)寄存器可得到最后一次寫的值。弱上拉和下拉電阻被禁止。這時(shí)，復(fù)用功能就不再映射到它們?cè)家_上了。GPIOX_BSRR和GPIOX_BRR寄存器允許對(duì)任何GPIO寄存器的讀/更改的獨(dú)立訪問，這樣在讀和更改之間產(chǎn)生IRQ時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。為了RTC鬧鐘鬧鐘事件將系統(tǒng)從停止模式下喚醒必須，必須進(jìn)行如 下操作:配置外部中斷線17為上升沿觸發(fā)并且配置RTC使其可產(chǎn)生RTC鬧鐘事件。RTC可以在不需要依賴外部中斷的情況下喚醒低功耗模式下的微控制器(自動(dòng)喚醒模式)。(3) 待機(jī)模式：調(diào)節(jié)器停止供電。使用電池或其他電源連接到腳上，當(dāng)斷電后，可以保存?zhèn)浞菁拇嫫鞯膬?nèi)容和維持RTC的功能。(5) 為中斷設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)和亞優(yōu)先級(jí)。中斷的懸起狀態(tài)可以通過“中斷設(shè)置懸起寄存器(SETPEND)”和“中斷懸起清除寄存器(CLRPEND)”來(lái)讀取，也可以手工懸起中斷。亞優(yōu)先級(jí)的則處理中斷；當(dāng)搶占優(yōu)先級(jí)相同的異常有不止一個(gè)懸起時(shí)，就優(yōu)先響應(yīng)亞優(yōu)先級(jí)最高的異常。R15是程序計(jì)數(shù)器，因?yàn)镃M3內(nèi)部使用了指令流水線，讀PC時(shí)返回的值是當(dāng)前指令的地址+4[12]。也就是說，不是因?yàn)橛兄噶羁偩€和數(shù)據(jù)總線兩條總線，而使尋址空間擴(kuò)大一倍。本文中的控制家居照明系統(tǒng)以及一氧化碳傳感器信息的傳輸都是通過連接WiFi網(wǎng)路進(jìn)行通信，來(lái)達(dá)到智能家居系統(tǒng)無(wú)線傳輸?shù)囊蟆?智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)隨著嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，智能家居系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)[11]作為控制中心的核心，利用WiFi技術(shù)構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)并連接各種家用電器和傳感器。智能家居系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：(1) 家居照明控制系統(tǒng)。在我國(guó)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要我們依據(jù)用戶的需要和家居環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)。第5章 、介紹了PCB制作軟件Altium Designer，用Altium Designer軟件繪制出智能家居控制系統(tǒng)電路的原理圖和PCB圖，并制作出了實(shí)物硬件電路，經(jīng)過測(cè)試，電路運(yùn)行狀態(tài)良好。國(guó)內(nèi)各大軟、硬件機(jī)構(gòu)正在積極的研制、開發(fā)更為符合市場(chǎng)的智能化家居設(shè)備，以解決當(dāng)前智能化產(chǎn)品實(shí)用性差、使用復(fù)雜及產(chǎn)品價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，而技術(shù)創(chuàng)新性也逐步向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，這樣的未來(lái)值得期待。(2) ehome數(shù)字家園（清華同方），該智能家居控制系統(tǒng)是專門針對(duì)中國(guó)家庭設(shè)計(jì)的，遵循國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及末端設(shè)備。1999年，建設(shè)部勘察設(shè)計(jì)司、建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室聯(lián)合組織實(shí)施全國(guó)住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，標(biāo)志著我國(guó)住宅小區(qū)智能化進(jìn)入了一個(gè)新階段[7]。2000年，新加坡有將近30個(gè)社區(qū)的約5000用戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國(guó)的安裝住戶高達(dá)4萬(wàn)戶。例如網(wǎng)上購(gòu)物、遠(yuǎn)程報(bào)警、緊急求助等新功能就是根據(jù)現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展和人們?nèi)找姹q的需求而開發(fā)設(shè)計(jì)的。它能夠自動(dòng)控制和管理家電設(shè)備，對(duì)家庭環(huán)境和安全進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警，并且能夠?yàn)樽籼峁┌踩孢m、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境[2]。我們很容易的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)住房的要求早已不再只是簡(jiǎn)單的物質(zhì)空間，更為關(guān)注的是一個(gè)高度安全、舒適以及美觀方便的居住環(huán)境，先進(jìn)的通信設(shè)施，完備高效的信息終端，自動(dòng)、智能的家電，網(wǎng)絡(luò)化的資源管理及購(gòu)物方式等等。當(dāng)智能家居提供與外界信息交互的通道后，可以實(shí)現(xiàn)與外部世界信息溝通，滿足遠(yuǎn)程控制。因此研究智能家居控制系統(tǒng)有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。這套系統(tǒng)的功能較為強(qiáng)大，與其它家居控制系統(tǒng)如ABB、C_BUS等比起來(lái)更容易接收，使用也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是由于系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性及產(chǎn)品價(jià)格等方面還難以達(dá)到要求，所以目前在國(guó)內(nèi)還較少應(yīng)用。我國(guó)的智能家居化相對(duì)于國(guó)外起步較晚，所以尚未形成一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。圍繞智能家居系統(tǒng)的室內(nèi)電燈的開關(guān)和一氧化碳報(bào)警功能，本文研究?jī)?nèi)容包括控制中心設(shè)計(jì)、家庭網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸、繼電器控制電燈的開關(guān)和一氧化碳報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)。三是要保證安全性和穩(wěn)定性。一氧化碳的監(jiān)測(cè)是智能家居系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)普遍應(yīng)用的一種，可以將一氧化碳的傳感器放在廚房、客廳、衛(wèi)生間和臥室內(nèi)監(jiān)測(cè)一氧化碳的濃度，當(dāng)一氧化碳的濃度達(dá)到危險(xiǎn)的濃度的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警，防止一氧化碳中毒。(2) 一氧化碳報(bào)警功能。在智能家居系統(tǒng)中，用戶可以通過智能家居的上位機(jī)或者是手機(jī)APP對(duì)家居的照明和環(huán)境安全進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。內(nèi)部的數(shù)據(jù)路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲(chǔ)器接口也是32位的。SP有兩個(gè)，但在同一時(shí)刻只能有一個(gè)可以看到，就是所謂的“banked”寄存器。當(dāng)系統(tǒng)正在執(zhí)行一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的異常服務(wù)例程時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的中斷將會(huì)被懸起。CM3可以由2240對(duì)使能位/除能位，每個(gè)中斷有一對(duì)。在缺省的情況下使用組0(7位搶占優(yōu)先級(jí)，1位亞優(yōu)先級(jí))，STM32中只是用了低四位。為多個(gè)任務(wù)許以不同數(shù)目的時(shí)間片，確保沒有一個(gè)任務(wù)能霸占系統(tǒng)，或者把每個(gè)定時(shí)器周期的某個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)賜予特定的任務(wù)等，還有操作系統(tǒng)提供的各種定時(shí)功能，需要一個(gè)定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生周期性的中斷以維持操作系統(tǒng)“心跳”的節(jié)律[13]。如果應(yīng)用中沒有使用外部電池必須連接到引腳上。當(dāng)CPU不需繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，可以利用多種低功耗i模式來(lái)節(jié)省功耗。(1) (LSE)。RTC用于從停機(jī)/待機(jī)模式下自動(dòng)喚醒系統(tǒng)。對(duì)于復(fù)用輸出功能，端口必須配置成復(fù)用功能輸出模式。根據(jù)輸入配置的不同，弱上拉和下拉電阻被連接。在推挽模式時(shí)，對(duì)輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問得到最后一次寫的值。NVIC特性：16個(gè)可編程的優(yōu)先級(jí)(使用了4位中斷優(yōu)先級(jí))。通過下面的過程來(lái)配置20個(gè)線路