引言
智能家居系統(tǒng)由一個主控制器和各節(jié)點模塊組成,，主控制器有以ARM LPC2364為核心和MAX3088構成的RS一485接口,，可以掛接最多256個設備節(jié)點,，對于一個家庭已經(jīng)夠用,，尤其對于這樣一個設備復雜多變的家庭網(wǎng)絡非常適合。
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)通信的實時性。其整體結構如圖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)絡和家庭RS一485網(wǎng)絡,，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RS-232接口,，以方便與家庭電腦通信,，也為以后的系統(tǒng)升級提供了方便。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,、較高的速度、工業(yè)級的控制標準,，是穩(wěn)定,、經(jīng)濟的最佳選擇。其次,，RS一485總線的掛接節(jié)點,，按其功能可以分為家電控制模塊節(jié)點、安防控制模塊節(jié)點,、燈光控制模塊節(jié)點等,。
1 總體方案設計
智能家居系統(tǒng)包括多方面控制，如家電控制,、安防報警控制,、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。本文選擇代表性較強的家電控制和安防監(jiān)控模塊進行了重點設計,。
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是繼電器控制,。在家電的控制板上將功能繼電器相應的控制線與模塊MCU連接,，通過RS-485總線接口就可以方便地使用該系統(tǒng)進行控制，如圖2所示,。
使用7 bit輸入／輸出的達林頓管芯片MC1413驅(qū)動繼電器,，來控制相關的開關量。如對空調(diào)來說,，溫度控制,、風向控制等是按鍵的開關量，都可以由繼電器來完成相應的控制,?？紤]到要嵌入家電中，控制節(jié)點盡量做得精小,，而且沒有復雜的控制對象,，選用AT89C2051單片機作為控制器。RS-485通信接口使用MAX1487芯片,，允許掛接125個家電,，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,、實時監(jiān)控部分等組成,，實現(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，結合A／D轉(zhuǎn)換芯片傳輸信息,。
實時監(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)設串行控制總線（serial Camera Control Bus,，SCCB）接口，提供簡單控制方式,，可以對OV7141芯片內(nèi)部所有寄存器值進行修改 ,。OV7141包含有8 bit數(shù)據(jù)（DO，D1,，D7）,，同步信號VSYNC,、HREF、PCLK,，這些信號需要送給CPU以讀取圖像數(shù)據(jù)和保證同步,。
由于OV7141默認幀頻為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超過串口的響應速度，必須重新設置以降低幀頻和像素,。
在該系統(tǒng)中對OV7141的訪問有：
?、?設置地址號為0xl1的幀頻控制器CLKRC，以降低幀頻,；
?、?設置地址號為0x14的控制器COMC，以設置像素為320×240,；
?、?設置地址號為0x28的COMH，以設置掃描格式 ,。
硬件電路如圖3所示,。
單片機89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲只有128 ByteRAM，必須外擴數(shù)據(jù)存儲器存儲圖片,。由于單片機串口速度的限制,，OV7141的像素設置為320×240，采集黑白圖片,，這樣一幀圖片的存儲空間約為76 800 bit,，即9.6 KB。外擴一個比9.6 KB大的存儲器即可,，選擇32 KB的62256芯片可存儲多幀圖片,。
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,，在使用串口傳輸方式3時，波特率可變,，可以根據(jù)傳輸效果實時改變,。表1所示是采用不同波特率時一幀（一幀按9.6 KB計算）圖片的傳輸時間。
2 網(wǎng)絡通信
2.1 網(wǎng)絡設計
單片機構成的多級系統(tǒng)常采用總線型主從式結構,。所謂主從式結構,，即在多個單片機中，一個主機負責通信管理,，其余的都是從機,，從機要服從主機的調(diào)度和支配,。主機還負責通過網(wǎng)絡接口進行遠程通信。
在實際的多機應用系統(tǒng)中,，常采用RS一232,、RS一422或RS一485串行標準總線進行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)傳輸距離和通用性,，選擇RS一485總線,，單片機采用串行口工作方式3通信。
每個從機都有惟一的地址碼,，該地址碼就是從機身份的識別標志,。
2.2 通信機制
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”,，中繼器作為主設備不斷向下發(fā)送設備請求應答幀，而接人從設備不能主動發(fā)送數(shù)據(jù),。任何時刻,，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)，當從設備接收完主設備發(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)，等待主設備的請求幀,。如果發(fā)來的請求幀中,，設備ID地址和自身ID地址一致，接收設備就檢查這個幀是否正確,。
表2所示為主機地址幀，從機的地址碼為00H,，01H,，02H，并用地址碼FFH命令從機復位,。
表3所示為主機給從機的命令幀,，OlH為主機命令從機接收數(shù)據(jù)，02H為主機命令從機發(fā)送數(shù)據(jù),。
如表4所示,，數(shù)據(jù)字描述的都是開關量的信息，可以作為狀態(tài)信息傳送給主機,，也可作為主機發(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,，實現(xiàn)了低成本,、長距離傳輸，滿足一般家庭的遠程控制家電需求,，具有較高的經(jīng)濟性和實用性,。