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原理概述

整個系統(tǒng)由三部分組成：手機控制終端，ARM控制中心，智能插座節(jié)點。項目設計的核心在于節(jié)點智能插座的設計。

如圖所示為系統(tǒng)的總體組成框圖，其基本的工作原理是這樣子的：手機控制終端可以顯示和控制家庭內(nèi)部設備的運行狀態(tài)；ARM是控制中心，與手機終端進行數(shù)據(jù)交互，發(fā)送控制信息給相應的控制節(jié)點； STM32控制的智能插座節(jié)點負責對家庭各個節(jié)點進行控制。手機終端與ARM控制核心通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互，ARM控制核心與STM32控制節(jié)點通過ZIGBEE進行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡通信技術、無線組網(wǎng)技術、以及嵌入式和安卓平臺的開發(fā)。

系統(tǒng)原理框圖

硬件設計原理

系統(tǒng)的硬件平臺主要是節(jié)點智能插座的硬件平臺以及ARM控制中心的硬件平臺。

智能插座作為網(wǎng)絡的重要的控制節(jié)點，在系統(tǒng)中負責驅(qū)動各個模塊的工作，是橋接家居網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡的橋梁，。節(jié)點智能插座由電量檢測模塊、學習型紅外模塊、ZigBee模塊、GSM短信報警模塊、環(huán)境傳感器以及繼電器插座模塊組成。其中控制器選用的ST公司的M3內(nèi)核的ARM處理器STM32103RBT6，ZigBee模塊設計應用到了TI公司的ZigBee芯片CC2530。學習型紅外發(fā)射電路中應用到了TI的定時器芯片NE555，產(chǎn)生提供穩(wěn)定可靠的紅外載波。GSM短信報警模塊選常用SIM900A設計而成。

ARM控制平臺：橋接ZigBee網(wǎng)絡與WIFI無線通信網(wǎng)絡的橋梁，負責數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)傳輸，同時作為控制平臺，在ARM的操作界面上也能實現(xiàn)對家電的控制。ARM控制器選用三星的ARM9處理器，外設連接有TI公司的ZigBee模塊以及WIFI模塊。

智能插座硬件組成框圖

ARM控制中心硬件組成

將各個模塊封裝完成后，設計系統(tǒng)板將所有模塊整合在一起。系統(tǒng)板的原理圖如圖

系統(tǒng)板原理圖

軟件設計原理

軟件設計部分包括節(jié)點智能插座中模塊的驅(qū)動程序設計、ARM控制驅(qū)動程序以及安卓APP開發(fā)。

首先，系統(tǒng)程序的編寫主要由以下幾個模塊組成，即Zigbee模塊驅(qū)動，溫度傳感器驅(qū)動，濕度傳感器模塊，GSM模塊驅(qū)動，插座驅(qū)動，可調(diào)燈驅(qū)動，測電量模塊驅(qū)動，學習型紅外驅(qū)動等。

其次手機客戶端程序的設計。由于Android操作系統(tǒng)存在開源、自由的特點，并且Android操作系統(tǒng)在目前智能手機市場占有率高，價格相對便宜，因此主要介紹在Android智能手機上的智能插座應用程序設計和實現(xiàn)。設計是使用Ecilpse+SDK+ADT開發(fā)環(huán)境，基于Android API Level 8開發(fā)，應用程序使用低版本的API進行設計，以便更高版本的設備都能與它兼容。由此開發(fā)出來的程序目前兼容市面上大部分的Android智能手機。Android智能手機上的智能插座應用程序主要實現(xiàn)了以下功能：通過Wi-Fi與ARM板上的串口設備進行連接、控制更改設置開關狀態(tài)、設置情景模式，以多種形式展示家居插座運行數(shù)據(jù)，包括溫度，濕度，電量信息、實現(xiàn)紅外學習發(fā)送、短信控制等。該系統(tǒng)設計有用戶友好的界面。

驅(qū)動控制總體流程

驅(qū)動程序框架

手機軟件構架

數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)

網(wǎng)頁服務器設計流程

后臺視頻監(jiān)控程序

智能插座節(jié)點用于對家用電器的實際控制，可對控制端發(fā)送的數(shù)據(jù)作出響應，如圖所示：    

圖1智能插座節(jié)點實物圖

ARM控制中心接受控制指令，傳送給STM32節(jié)點，并具備有視頻監(jiān)控的功能，如圖所示：

圖2 ARM控制中心硬件實物

手機登陸界面，可以用于用戶驗證，填寫用戶名、密碼等信息。使用Wi-Fi無線網(wǎng)絡登錄至ARM控制中心，如圖3所示：

圖3手機終端登錄界面

功能界面如下圖4所示，選擇相應功能會跳轉(zhuǎn)到對應控制界面：

圖4手機終端功能選擇界面

紅外控制界面，可進行模式切換，按鍵備注更改。學習模式下發(fā)送學習命令，等待學習到的數(shù)據(jù)返回，收到數(shù)據(jù)后進行存儲數(shù)據(jù)?？刂颇Ｊ较拢l(fā)送數(shù)據(jù)控制指令。如下圖5所示：

圖5 紅外控制界面

在插座控制界面，按下開關更改其狀態(tài)，并發(fā)送控制命令，可以觸發(fā)開關關斷，如圖6所示：

圖 6 插座控制界面

可調(diào)燈界面如圖7所示，滑動滑塊到對應的位置發(fā)送對應的數(shù)據(jù)，使STM32控制可調(diào)燈輸出PWM波，改變可調(diào)燈的亮度：

圖 7 可調(diào)燈控制界面

情景模式按下后則切換到相應模式下，對于控制節(jié)點，會產(chǎn)生相應動作。如圖8所示：

圖 8 情景模式

網(wǎng)頁登陸界面如圖9所示，將PC機使用網(wǎng)絡連接到ARM控制中心后，開啟瀏覽器可進入登錄界面：

圖 9 網(wǎng)頁登錄界面

網(wǎng)頁照明燈控制界面如圖10所示，其控制方式和手機終端實現(xiàn)功能基本上一致： 

圖 10 網(wǎng)頁照明燈控制界面

網(wǎng)頁視頻監(jiān)控如圖11所示，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控畫面的放大、縮小和播放、停止的功能，測試功能可用：

圖 11 網(wǎng)頁視頻監(jiān)控界面