目錄摘要隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。智能家居作為一個(gè)吃香行業(yè)，逐漸成為市場(chǎng)的焦點(diǎn)。本文以智能家居的低端產(chǎn)業(yè)為研究對(duì)象，開發(fā)了一種簡(jiǎn)單，實(shí)用，低成本的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用單片機(jī)作為硬件控制平臺(tái)控制網(wǎng)關(guān)，結(jié)合無(wú)線通訊技術(shù)，RGB全彩燈，溫濕度感應(yīng)器，電機(jī)等完成智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的建筑。在軟件方面，控制網(wǎng)關(guān)采用Keil作為開發(fā)環(huán)境，結(jié)合C語(yǔ)言和少量匯編語(yǔ)言完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居溫度，濕度的采集以及RGB燈和電機(jī)的控制。實(shí)用性強(qiáng)，成本低。這個(gè)平臺(tái)的建設(shè)和將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)將非常簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞：STM32；智能家居；Keil；遠(yuǎn)程控制緒論論文研究背景進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)進(jìn)步不斷發(fā)展，信息技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，當(dāng)前世界，信息技術(shù)和世界的主動(dòng)權(quán)緊密聯(lián)系在一起。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，電子產(chǎn)品也越來(lái)越多。[1-2]一方面，電子產(chǎn)品給人們的生活帶來(lái)了極大的方便，另外一方面，開發(fā)出一套智能家居系統(tǒng)也迫在眉睫。在我們當(dāng)前生活的社會(huì)，人們已經(jīng)滿足了基本溫飽來(lái)自于達(dá)到了全民小康的水平，人們?cè)谖镔|(zhì)生活滿足的情況下，就開始追求精神文明生活了。在居住環(huán)境方面，人民在已經(jīng)不僅僅局限于基本的住宿功能了，開始追求更高層次的居住享受和體驗(yàn)了。相比于傳統(tǒng)的居住，主要是在家庭的安裝開關(guān)控制燈光，但是在智能家居時(shí)代，我們不僅可以通過(guò)語(yǔ)音開關(guān)燈，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制開關(guān)燈，而且還能通過(guò)感應(yīng)家庭光照強(qiáng)度，進(jìn)行額外的光線補(bǔ)償。家中的電器也可以自主進(jìn)行工作，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程APP進(jìn)行控制。在對(duì)于居住環(huán)境上，人們?cè)跍囟?、濕度等方面有了更高層次的要求，已達(dá)到家庭是恒溫、恒濕、恒氧等要求，這些都需要進(jìn)行智能家居對(duì)家中的空調(diào)、新風(fēng)等設(shè)備進(jìn)行自主控制。在防盜方面，人們不僅僅需要通過(guò)傳統(tǒng)門鎖進(jìn)行控制，還需要指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等現(xiàn)代化高科技進(jìn)行控制，還能通過(guò)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以達(dá)到智能防盜的目的[3]。在智能家居時(shí)代，智能家電主要包括家庭照明智能控制系統(tǒng)，家庭窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)。家庭空調(diào)智能控制系統(tǒng)。這樣不僅僅在智能控制方面使的人們有這很高的居住品質(zhì)，更加在現(xiàn)在這樣一個(gè)追求解約能效的社會(huì)，可以解約大量電能。在智能家電的控制方面，其不僅僅可以通過(guò)自主控制，也可以通過(guò)用戶自身手機(jī)的APP或者電腦的軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣可以極大的提升居住的品質(zhì)，也可以有效的解約能源，所以智能家居的全屋聯(lián)動(dòng)有這廣闊的市場(chǎng)前景。智能家居的監(jiān)測(cè)主要包換環(huán)境監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)測(cè)，居住環(huán)境監(jiān)測(cè)，主要是包含居住環(huán)境中的溫度、濕度、氧氣含量等人類生活必須的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另外還包括不利于人類生活的有害環(huán)境監(jiān)測(cè)，其主要包含一氧化碳、二氧化碳、甲醛等有害氣體的監(jiān)測(cè)，給人們帶來(lái)極大的生活舒適感，有效的提高居住者的生活質(zhì)量。用戶可以通過(guò)手機(jī)APP或者電腦軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家中的各項(xiàng)指標(biāo)。在智能防盜方面，當(dāng)前家庭越來(lái)越注重家庭的防盜能力，具有良好家庭防盜系統(tǒng)的，可以極大的提升家庭的幸福指數(shù)，提升業(yè)主的安全感[4]。對(duì)于現(xiàn)階段的智能家居產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，伴隨著移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)以上功能的只能家居產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不是什么難事了。當(dāng)前個(gè)家庭也實(shí)現(xiàn)了各種智能產(chǎn)品的生產(chǎn)。比如說(shuō)智能電飯鍋、智能空調(diào)等產(chǎn)品。但是由于沒有業(yè)界的領(lǐng)跑者或者標(biāo)準(zhǔn)的制定者制定相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以每一家的產(chǎn)品都是獨(dú)立的運(yùn)行的，不能夠的進(jìn)行級(jí)聯(lián)。但是伴隨著5G通信的實(shí)現(xiàn)，新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，針對(duì)以上這些問(wèn)題都找到了很好的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)的意義就是講所有的物通過(guò)電子設(shè)備連接上互聯(lián)網(wǎng)，這對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的制定有這更加強(qiáng)有力的支撐。近些年，伴隨著單片機(jī)微控制器技術(shù)、軟件技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等的發(fā)展，為現(xiàn)代化的智能家居產(chǎn)品提供了技術(shù)保障。因此，對(duì)于本論文研究的，基于STM32的智能家居遠(yuǎn)程無(wú)線控制的研究有這非常強(qiáng)的使用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。智能家居國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1智能家居國(guó)外現(xiàn)狀在上個(gè)世紀(jì)的七八十年代，歐美就出現(xiàn)了智能家居的研，所以其在歐美的發(fā)展領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)很多年。1980年左右，美國(guó)成立了現(xiàn)代住宅研究會(huì)，攻克怎樣將現(xiàn)代化的家庭電器，部署在同一個(gè)家庭環(huán)境中。這項(xiàng)研究的本身也在于如何測(cè)試和規(guī)范住宅系統(tǒng)，讓其具有現(xiàn)代化和智能化，其知道的先進(jìn)技術(shù)如何在建造中使用。這一協(xié)會(huì)主要是在美國(guó)聯(lián)邦政府，金融大鱷以及一些家用電器制造商的推動(dòng)下成立的。上個(gè)世紀(jì)80年代末，美國(guó)聯(lián)合建筑系統(tǒng)有限公司UTBS在康涅狄格州哈特福德就成功制造出了世界上第一座智能建筑，這座只能建筑主要是在老的傳統(tǒng)大樓上建造的，其共有38層建筑面積更是高達(dá)十萬(wàn)平方米，他有個(gè)更加炫酷的名字叫：城市廣場(chǎng)大廈。隨后智能家居就開始在全球風(fēng)靡，在日本，加拿大，歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家都提出了自己的智能家居標(biāo)準(zhǔn)，使得其在全世界有了廣泛的應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)末，歐洲建成的智能建筑，其不僅可以實(shí)現(xiàn)智能控制，還實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的節(jié)能環(huán)保功能。不久之后，世界上真正意義上的第一座智能家居在德國(guó)建成?？墒窃诋?dāng)時(shí)，美國(guó)已經(jīng)擁有世界上最大智能住宅的綜合體，由大約八千棟別墅組成，其所有別墅都是智能系統(tǒng)進(jìn)行控制的。日本也不甘落后，建造了一個(gè)與美國(guó)類似住宅區(qū)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，越來(lái)越多的企業(yè)從事智能家居的研發(fā)，如NEYWELL公司、JDS公司等。其中NEYWELL的產(chǎn)品主要集中在智能家居的主控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，JDS公司的產(chǎn)品主要集中在智能家居的監(jiān)控和報(bào)警設(shè)備上，另外還有HAL的ALdeluxe智能家居系統(tǒng)和vantage的Vantage家庭自動(dòng)化系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著智能家居的不斷發(fā)展，許多國(guó)際大型科技公司都開發(fā)出了自己的智能家居產(chǎn)品，如微軟的夢(mèng)想家居、谷歌Brillo、蘋果HomeKit、三星SUHD智能電視、SmartThings智能家居平臺(tái)等，LG智能家居控制中心SmartThinQHub松下智能家居創(chuàng)新技術(shù)“Ora”，高通公司基于snapdragon212處理器的智能家居平臺(tái)已經(jīng)出現(xiàn)。隨著國(guó)外智能家居的不斷開發(fā)，許多國(guó)家都開發(fā)出了一套具有自己特色的智能家居系統(tǒng)。如美國(guó)的X－10制、德國(guó)的EIB制和新加坡的8x制，各有利弊。美國(guó)X－10系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（如圖1－1所示）是不需要額外的布線。其缺點(diǎn)是施工難度大、成本高、工期長(zhǎng)。德國(guó)的EIB系統(tǒng)工程更復(fù)雜、更嚴(yán)格，價(jià)格也更高。新加坡的8x系統(tǒng)目前比較成熟。這三個(gè)系統(tǒng)都屬于目前世界上廣泛使用甚至直接使用的智能家居系統(tǒng)。圖1-1X-10系統(tǒng)方案1.2.2智能家居國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀智能家居在中國(guó)起步較晚，還處于起步階段。它還沒有建立自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中不少人直接借鑒了國(guó)外智能家居的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著國(guó)家和智能家居市場(chǎng)的不斷投資，許多自己的產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)出來(lái)?！?997智能家居》的概念是從發(fā)達(dá)國(guó)家傳入我國(guó)的。很快，最早的智能家居出現(xiàn)在中國(guó)的經(jīng)濟(jì)中心上海。之后，智能家居在全國(guó)蓬勃發(fā)展，逐步形成了具有一定規(guī)模的智能家居市場(chǎng)［10］。但是，由于智能家居在中國(guó)的快速發(fā)展，人們對(duì)智能家居技術(shù)過(guò)于熱衷，使得市場(chǎng)盲目追求智能家居技術(shù)，不吸收國(guó)外技術(shù)直接在中國(guó)使用，技術(shù)上缺乏創(chuàng)新，市場(chǎng)上缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)情報(bào)概念的過(guò)度揣測(cè)，直接導(dǎo)致智慧社區(qū)出現(xiàn)許多不同程度的問(wèn)題，有的甚至嚴(yán)重到系統(tǒng)無(wú)法工作。針對(duì)這些問(wèn)題，工信部、建設(shè)部等部門制定了許多應(yīng)對(duì)措施，如小康住宅電氣設(shè)計(jì)（standard）導(dǎo)則和智能電器智能化技術(shù)通則地區(qū)。這些相關(guān)政策的出臺(tái)，引導(dǎo)了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效規(guī)范了智能家居產(chǎn)業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)不斷努力，中國(guó)終于找到了一套適合自己的智能家居設(shè)計(jì)方案，智能家居產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。目前，中國(guó)的智能家居產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球非常大的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也越來(lái)越多。早期在智能家居的公司包括海爾集團(tuán)、清華同方等公司，以及海爾集團(tuán)的e－h(huán)ome，分別以電腦和手機(jī)作為控制中心和移動(dòng)數(shù)字中心（如圖1－2所示）。終端設(shè)備包括海爾公司生產(chǎn)的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。此外，海爾還與微軟達(dá)成技術(shù)合作，合理整合微軟WindowsMe技術(shù)和自己的網(wǎng)絡(luò)家電控制技術(shù)，使“e家”系統(tǒng)初具規(guī)模。清華同方也推出了自己的智能家居產(chǎn)品——電子home數(shù)字家居。它遵循國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用嵌入式軟硬件技術(shù)，提供從網(wǎng)絡(luò)到終端的各種產(chǎn)品。它是專門為中國(guó)家庭設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)。這些公司為中國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，使智能家居產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。與國(guó)外類似，越來(lái)越多的現(xiàn)代新技術(shù)公司也在開發(fā)自己的智能家居產(chǎn)品，如?？敌l(wèi)視的智能安防裝置和小米智能家居系列產(chǎn)品，以及華為主導(dǎo)的HiLink智能家居解決方案?？偟膩?lái)說(shuō)，中國(guó)的智能家居與一些發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。然而，我國(guó)智能家居發(fā)展迅速，發(fā)展?jié)摿薮蟆＝?jīng)過(guò)不斷發(fā)展，與這些發(fā)達(dá)國(guó)家的差距必將逐步縮小。圖1-2智能家居解決方案本設(shè)計(jì)主要工作在這個(gè)科技爆炸的時(shí)代，選擇智能家居作為研究對(duì)象具有重要的社會(huì)意義。雖然智能家居市場(chǎng)在我國(guó)有很大的潛力，但現(xiàn)在還不行出售。原因有很多。最重要的原因之一是智能家居產(chǎn)品在市場(chǎng)上的定位不對(duì)。此外，初期對(duì)相關(guān)概念的過(guò)度炒作和后期產(chǎn)品服務(wù)的不足也引起了高端用戶的流失。然而，由于價(jià)格過(guò)高，普通消費(fèi)者望而卻步，最終導(dǎo)致現(xiàn)在的市場(chǎng)局面。，鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的低成本智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32為硬件平臺(tái)，配合嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能家居的基本功能。該系統(tǒng)不追求華麗的外觀，以低價(jià)為主，簡(jiǎn)單實(shí)用，專注于低端市場(chǎng)。這個(gè)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是讓人們享受科技帶來(lái)的便利，引導(dǎo)公眾消費(fèi)智能家居產(chǎn)品，促進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。論文主要安排根據(jù)前面的研究背景和本文實(shí)現(xiàn)的主要工作的介紹，下面介紹本文的主要工作安排。第一章:本章主要介紹了智能家居的概念、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和研究意義;第二章:本章將介紹該主題的總體設(shè)計(jì)，以及嵌入式和通信技術(shù);第三章:本章主要詳細(xì)介紹了課題的硬件部分，首先介紹了總體設(shè)計(jì)，然后詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì);第四章:本章主要介紹了智能家居軟件的開發(fā)，涉及開發(fā)環(huán)境、無(wú)線通信協(xié)議、STM32芯片的主要驅(qū)動(dòng)程序和無(wú)線通信模塊程序等;第五章:本章主要介紹了軟硬件系統(tǒng)測(cè)試;第六章:本章是總結(jié)和展望，總結(jié)了課題的研究計(jì)劃，并對(duì)需要改進(jìn)的地方進(jìn)行了展望。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體架構(gòu)與關(guān)鍵原理系統(tǒng)整體架構(gòu)智能家居系統(tǒng)屬于物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)范疇。圖2.1是物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)圖。圖2-1系統(tǒng)整體的架構(gòu)圖2.1.1感知層感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)區(qū)別。傳感層主要分為兩類：自動(dòng)傳感和手動(dòng)傳感。自動(dòng)感知是指?jìng)鞲衅髂軌蜃詣?dòng)感知周圍環(huán)境以獲取數(shù)據(jù)的傳感器等。另一種是人工感知，人工感知是指靠近待識(shí)別標(biāo)簽的電子設(shè)備。例如，紅外掃描條碼是人工感知；感知層的另一個(gè)重要功能是實(shí)現(xiàn)智能終端的信息交互和信息處理。各智能終端通過(guò)信息交互實(shí)現(xiàn)定位和同步功能，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)供上層設(shè)備使用。2.1.2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要提供的服務(wù)是將感知的層數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，并提供所需求的基本網(wǎng)絡(luò)，包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等。2.1.3應(yīng)用層應(yīng)用層主要為相關(guān)行業(yè)提供具體的應(yīng)用服務(wù)，分為兩部分。一是管理服務(wù)層，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)、中間軟件服務(wù)、數(shù)據(jù)處理和決策服務(wù)；另一部分是行業(yè)應(yīng)用層，主要是各種應(yīng)用軟件。嵌入式技術(shù)介紹智能家居系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和通信技術(shù)的集合。通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的合理運(yùn)用，巧妙地將家庭的各個(gè)子系統(tǒng)集成在一起，本節(jié)詳細(xì)介紹了這些技術(shù)的核心。2.2.1嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它能適應(yīng)不同應(yīng)用在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求，集成了可配置、可簡(jiǎn)化的軟硬件。它具有很強(qiáng)的靈活性，主要由嵌入式硬件平臺(tái)、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)、支撐軟件和應(yīng)用軟件組成。2.2.2嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)完全嵌入到控制芯片中，主要由控制器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成，如圖2-1所示。英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（BritishInstituteofelectricalengineers）將嵌入式設(shè)備定義為一種可以監(jiān)控的設(shè)備；在我國(guó)，嵌入式系統(tǒng)通常更多地被定義為基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的面向應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖2.1嵌入式系統(tǒng)示意圖2.2.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）系統(tǒng)專用性強(qiáng)。

（2）系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

（3）軟、硬件依賴性強(qiáng)。

（4）處理器專用。

（5）多種技術(shù)緊密結(jié)合。

（6）系統(tǒng)透明性。

（7）系統(tǒng)資源受限。由于嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)用戶、應(yīng)用和產(chǎn)品的，必須結(jié)合具體應(yīng)用才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此，我們可以從以下兩個(gè)方面來(lái)理解嵌入式系統(tǒng)：（1）背景決定特征嵌入式系統(tǒng)是在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)飛速發(fā)展的背景下產(chǎn)生的。這就決定了嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)高科技、創(chuàng)新、資金密集型的知識(shí)采集系統(tǒng)。（2）嵌入式系統(tǒng)主要是為了滿足應(yīng)用需求嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)以應(yīng)用為中心的系統(tǒng)，這決定了它主要服務(wù)于應(yīng)用。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)的功能、成本和可靠性，往往需要進(jìn)行一定的裁剪。因此，許多嵌入式系統(tǒng)都有不同的內(nèi)核大小，從幾K到幾十K不等，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展或定制。實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛。能夠與產(chǎn)品結(jié)合并具有嵌入式特性的系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。而本文所使用的嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)帶有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，主要包括主控制器、內(nèi)存、I/O端口和相關(guān)程序。無(wú)線技術(shù)介紹2.3.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概述目前，網(wǎng)絡(luò)在我們的日常生活和平時(shí)工作中是不可或缺的。它豐富了我們的日常生活，為我們的日常工作提供了便利。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，可以連接手機(jī)和平板電腦等電子設(shè)備。它通常使用2.4GUHF或5gSHFism。上世紀(jì)90年代，澳大利亞研究機(jī)構(gòu)CSIRO在美國(guó)發(fā)明并申請(qǐng)專利。1996~1999年，它被IEEE公認(rèn)為世界上最好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并在無(wú)線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程如圖2-2所示。圖2-2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程在無(wú)線局域網(wǎng)的范疇中，它是一種無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)。在發(fā)明之前，計(jì)算機(jī)主要通過(guò)網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)相連。發(fā)明之后，計(jì)算機(jī)可以剔除網(wǎng)線這一限制連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互操作性。2.3.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基本組成包括無(wú)線網(wǎng)卡和網(wǎng)橋，可以通過(guò)這兩個(gè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)卡類似于有線網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器，主要負(fù)責(zé)信號(hào)轉(zhuǎn)換，網(wǎng)橋又稱AP，在媒體訪問(wèn)控制層，它主要起到無(wú)線工作站和有線局域網(wǎng)的作用，有點(diǎn)像有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器，只有有了它，你才能快速連接到網(wǎng)絡(luò)。之所以能風(fēng)靡全球，與其固有的特性是分不開的。2.3.3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與其他無(wú)線通信技術(shù)相比，具有以下八個(gè)特點(diǎn):（1）更快的傳輸速率與1mbps的藍(lán)牙和250kbps的ZigBee相比，它的傳輸速度可達(dá)11mbps。如果采用802.11n協(xié)議，理論傳輸速率可達(dá)600mbps。（2）更加低功耗2009年，基于ieee802.11行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的802.11n標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，在功耗方面進(jìn)行了重大創(chuàng)新，使得功耗非常低。（3）更高的安全性互聯(lián)網(wǎng)安全一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。IEEE批準(zhǔn)的802.11w標(biāo)準(zhǔn)可以保護(hù)無(wú)線管理幀，使無(wú)線鏈路工作得更好。同時(shí)可以及時(shí)切斷黑客利用MAC地址偽造的信息，使網(wǎng)絡(luò)更加安全。（4）更強(qiáng)更穩(wěn)定的信號(hào)802.11n無(wú)線芯片具有許多特點(diǎn)，如STBC采用低密度奇偶校驗(yàn)碼提高糾錯(cuò)能力，采用多天線提高信號(hào)可靠性。本章小結(jié)本章分析了智能家居所涉及的幾個(gè)核心技術(shù)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信有了詳細(xì)的介紹，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了智能家居系統(tǒng)的總體方案。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1核心芯片概述總體硬件設(shè)計(jì)主要包括核心控制器、擴(kuò)展模塊和外圍模塊。從性能和成本兩個(gè)方面考慮，選擇了基于美國(guó)STMicroelectronics公司Cortex-M3的32位增強(qiáng)型ARM微處理器stm32f103rct6作為智能家庭網(wǎng)關(guān)的核心處理器。微處理器的主頻為72mhz，48ksram空間和256K閃存。三個(gè)16位定時(shí)器是兩個(gè)基本定時(shí)器、四個(gè)通用定時(shí)器和兩個(gè)高級(jí)定時(shí)器。有51個(gè)通用IO端口。通信接口更加豐富，包括三個(gè)SPI接口、兩個(gè)IIC接口、一個(gè)SDIO接口、五個(gè)串口、一個(gè)USB接口和一個(gè)can接口。其他資源包括兩個(gè)DMA控制器、三個(gè)12位ADC和一個(gè)12位DAC。引腳圖如圖3-1所示。微處理器功能強(qiáng)大，電網(wǎng)低，工作電壓2~3.6V，節(jié)電方式多樣，保證了低功耗應(yīng)用。工作環(huán)境溫度為-40℃~+80℃/-40℃~+105℃,結(jié)果表明，該系統(tǒng)能在寒冷的冬季和炎熱的夏季穩(wěn)定運(yùn)行。另外，在使用該芯片進(jìn)行開發(fā)和測(cè)試時(shí)，jink調(diào)試器可以非常方便的進(jìn)行模擬燒錄實(shí)驗(yàn)。圖3-1STM32F103RCT6引腳圖3.1.2調(diào)試接口設(shè)計(jì)在開發(fā)過(guò)程中，調(diào)試是必不可少的，一個(gè)程序往往需要反復(fù)調(diào)試，才能最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如圖3-2所示，電路圖采用標(biāo)準(zhǔn)JTAG電路連接。由于STM32具有SWD接口，設(shè)計(jì)了JTAG與SWD的通用接口。只要連接了JTAG電路，SWD模式也可以用來(lái)調(diào)試下載程序。與JTAG模式下的調(diào)試程序相比，SWD調(diào)試程序的速度更快，因此一般采用SWD模式進(jìn)行調(diào)試。圖3-2STM32最小系統(tǒng)3.1.3電源電路設(shè)計(jì)基于實(shí)用原理，將USB串口，USB和電源電路設(shè)計(jì)在一起，使電源，串口下載代碼和串口通訊可以結(jié)合使用，方便開發(fā)人員使用。如圖3-3所示，USB轉(zhuǎn)串行芯片采用ch34g實(shí)現(xiàn)程序記錄和串行通信。電源芯片采用AMS117-3.3電源調(diào)節(jié)芯片（封裝如圖3-4所示），可將5V電壓轉(zhuǎn)換成STM32主控芯片所需的3.3V電壓。另外，考慮到在開發(fā)過(guò)程和未來(lái)的擴(kuò)容升級(jí)過(guò)程中可能會(huì)用到3.3V和5V電壓，在設(shè)計(jì)過(guò)程中特別畫出了一排3.3V和5V電壓。圖3-3USB轉(zhuǎn)串口圖3-4AMS1117-3.3電源穩(wěn)壓芯片封裝3.1.4按鍵電路設(shè)計(jì)按鈕是網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分。它可以幫助開發(fā)者進(jìn)行程序開發(fā)，當(dāng)然也可以幫助控制智能家居。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)有三把密匙，分別是KEY_BOOT、KEY2和KEY3，其中KEY2和KEY3作為公共密鑰。關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)示意圖如圖3-5所示。圖3-5按鍵電路無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用Wi-Fi無(wú)線遙控，實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程管理。目前，市場(chǎng)上有很多Wi-Fi設(shè)備，例如cc3200和mt7681?？紤]到成本和性能因素，最終選擇ATK-ESP8266作為系統(tǒng)的Wi-Fi模塊。3.2.1ATK-ESP8266Wi-Fi模塊特點(diǎn)Atk-esp8266是一個(gè)高性能的串口無(wú)線模塊。車載esp8266模塊通過(guò)串口與主控芯片進(jìn)行通信，內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)Wi-Fi與串口的轉(zhuǎn)換。該模塊可與3.3V和5V單片機(jī)系統(tǒng)兼容，并能方便地與主控芯片連接。此外，它還支持STA、串口到AP和STA+AP三種模式，有利于開發(fā)。除以上幾點(diǎn)外，esp8266還具有以下特點(diǎn)：（1）價(jià)格低廉Esp8266模塊是主流Wi-Fi模塊產(chǎn)品中價(jià)格相對(duì)低廉的Wi-Fi模塊。以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大的功能，非常實(shí)用，符合系統(tǒng)的研發(fā)方向；（2）低能耗Atk-esp8266具有激活、睡眠和深度睡眠三種模式，大大降低了功耗。（3）集合程度高Ep8266有許多組件，包括電源管理組件、TR開關(guān)等。所有這些都高度集成在esp8266模塊中，這使得esp8266模塊結(jié)構(gòu)緊湊，易于設(shè)計(jì)和使用。（4）應(yīng)用多樣化Esp8266應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用于智能電源插頭、家庭自動(dòng)化、可穿戴電子產(chǎn)品等，如此廣泛的應(yīng)用使得Esp8266擁有大量的數(shù)據(jù)，可以大大縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。3.2.2Wi-Fi硬件電路設(shè)計(jì)由于主控芯片的電源設(shè)計(jì)有多個(gè)3.3V電源接口，主控芯片的冗余電源接口可以用來(lái)為ATK-ESP8266供電，但不能直接連接，因此在中間應(yīng)增加穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓器電路采用以線性穩(wěn)壓器rt9193-33為核心的穩(wěn)壓器模塊。使用時(shí)，僅VCC，GND，TXD，RXD和主控制器需要通過(guò)DuBang線5/3。3V，GND，PA3，PA2可以連接，如圖3-6所示。Wi-Fi模塊實(shí)物圖如圖3-7所示。圖3-6Wi-Fi硬件電路圖3-7Wi-Fi模塊實(shí)物圖RGB全彩燈設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用RGB三色LED指示燈，并使用stm32三路IO端口產(chǎn)生PWM波，以控制彩色燈的顏色。硬件原理圖如圖3-8。圖3-8RGB指示燈電路溫濕度傳感器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種具有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出:DHT11溫濕度傳感器。該傳感器是一種具有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。采用特殊的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，保證了產(chǎn)品的高可靠性和低長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器包括電阻式濕度傳感器和NTC測(cè)溫元件，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。每個(gè)DHT11傳感器在非常精確的濕度校準(zhǔn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲(chǔ)在OTP存儲(chǔ)器中，并且在檢測(cè)傳感器內(nèi)部信號(hào)的過(guò)程中調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線串行接口使系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單快捷。超小型，極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20m以上，該產(chǎn)品為4引腳單排引腳封裝。相關(guān)參數(shù):（1）供電電壓：3-5.5V（2）供電電流：最大2.5mA（3）溫度范圍：0-50℃

誤差±2℃（4）濕度范圍：20-90%RH

誤差±5%RH（5）響應(yīng)時(shí)間：1/e(63%)

6-30s（5）測(cè)量分辨率：8bit（溫度）、8bit（濕度）（6）采樣周期間隔：不得低于1秒鐘硬件原理圖如圖3-9，模塊標(biāo)準(zhǔn)封裝圖如圖3-10所示。圖3-9DHT11傳感器硬件電路圖3-10DHT11傳感器封裝圖直流電機(jī)電路設(shè)計(jì)3.5.1驅(qū)動(dòng)芯片概述為了模擬現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器，在板上設(shè)計(jì)了微型直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由MX1508驅(qū)動(dòng)。Mx1508是四通道推挽功率放大器的ASIC元件，用于控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。分立電路全部集成在一個(gè)集成電路中，降低了外圍設(shè)備的成本，提高了系統(tǒng)和整機(jī)的可靠性。該芯片采用兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平輸入，具有良好的抗干擾性能；兩個(gè)輸出端可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)正負(fù)方向，各通道具有較強(qiáng)的電流轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)能力。各通道間可實(shí)現(xiàn)800ma以上的連續(xù)電流，峰值電流驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)2A；同時(shí)，具有較低的輸出飽和電壓降；內(nèi)置箝位二極管可以釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使其在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率晶體管中工作。MX1508驅(qū)動(dòng)芯片引腳圖如圖3-11，MX1508驅(qū)動(dòng)芯片引腳定義如表3-12，圖3-11MX1508驅(qū)動(dòng)芯片引腳圖表3-12MX1508驅(qū)動(dòng)芯片引腳定義引腳編號(hào)引腳名稱輸入/輸出引腳功能描述1VCC1-1通道邏輯控制電源端2INA1|1通道正轉(zhuǎn)邏輯輸入3INB1|1通道反轉(zhuǎn)邏輯輸入4VDD1-1通道功率電源端5VCC2-2通道邏輯控制電源端6INA2|2通道正轉(zhuǎn)邏輯輸入7INB2|2通道反轉(zhuǎn)邏輯輸入8VDD2-2通道功率電源端9OUTB2O2通道反轉(zhuǎn)輸出10GND-接地端11GND-接地端12OUTA2O2通道正轉(zhuǎn)輸出13OUTB1O1通道反轉(zhuǎn)輸出14GND-接地端15GND-接地端16OUTA1O1通道正轉(zhuǎn)輸出3.5.2直流電機(jī)電路設(shè)計(jì)微型直流電動(dòng)機(jī)為4針單排引腳封裝，4個(gè)引腳分別連接VCC、OUTA1、OUTB1、GND，出電源和地外分別連接驅(qū)動(dòng)芯片的正轉(zhuǎn)輸出以及反轉(zhuǎn)輸出，電路圖如圖3-13。圖3-13直流電機(jī)電路本章小結(jié)本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)是在AltiumDesigner軟件上進(jìn)行的。根據(jù)第二章的理論介紹，本章主要介紹了STM32最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，包括晶體振蕩器電路、復(fù)位電路和下載電路，接下來(lái)介紹了模塊與STM32最小系統(tǒng)的連接。最后，介紹了RGB全彩燈電路、溫濕度傳感器電路和直流電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)完成后，以下各章將進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件整體架構(gòu)智能家居系統(tǒng)不僅要有硬件，還要有軟件，否則就無(wú)法工作。兩者同等重要，缺一不可。搭建了智能家居的硬件平臺(tái)。為了使智能家居系統(tǒng)發(fā)揮功能，需要搭建相應(yīng)的軟件平臺(tái)。軟件平臺(tái)分為三個(gè)部分：應(yīng)用層、抽象層和底層。應(yīng)用層主要包括無(wú)線通信、外圍模塊與主控制器的串行通信、數(shù)據(jù)訪問(wèn)等，抽象層主要包括相關(guān)協(xié)議和操作系統(tǒng)，底層主要是主控芯片的驅(qū)動(dòng)程序?？傊悄芗揖酉到y(tǒng)主要采用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能家居內(nèi)外的ZigBee通信，最終實(shí)現(xiàn)智能家居的相關(guān)功能。軟件結(jié)構(gòu)如下圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)整體流程圖軟件開發(fā)工具和環(huán)境介紹發(fā)展環(huán)境對(duì)發(fā)展非常重要。目前，STM32主控芯片的開發(fā)采用了ARMSDT、ARMARDS、IAREWARM和KELLARM-MDK等常見的開發(fā)環(huán)境，如圖4-2所示。KeiluVision5是2013年10月推出的一款集成開發(fā)工具，主要針對(duì)使用uVision5ide。它主要針對(duì)arm處理器，特別是以armcortex-M為核心的處理器。KeiluVision5（界面如圖4-2所示）與KeiluVision4兼容。在Keil-uVision4的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了對(duì)Cortex-M微控制器開發(fā)的支持。傳統(tǒng)的開發(fā)模式和接口分為MDK內(nèi)核和軟件包。其中，MDK內(nèi)核包含了微控制器開發(fā)的所有組件，包括編輯器、IDE（uVision5）、uVision調(diào)試跟蹤器、armc/C++編輯器和pack安裝程序，軟件包無(wú)需工具鏈即可完成對(duì)新芯片的支持和中間庫(kù)的升級(jí)。圖4-2keiluVision5初始界面4.2.1軟件開發(fā)工具在智能家居控制網(wǎng)關(guān)的開發(fā)過(guò)程中，開發(fā)工具是一個(gè)重要的組成部分，影響著開發(fā)進(jìn)度。系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中使用了J-link，其中在主控制器的開發(fā)中使用J-LINK仿真器（如圖4-3所示），J-link仿真器是Segger公司生產(chǎn)的JTAG仿真器。主要用于支持ARM核心芯片的仿真。它可以支持在Keil、ads和其他集成開發(fā)環(huán)境中模擬大多數(shù)arm系列內(nèi)核。它可以與Keil無(wú)縫連接，易于學(xué)習(xí)和連接。它是學(xué)習(xí)和開發(fā)arm的一個(gè)非常實(shí)用的開發(fā)工具。此外，j-link仿真器還具有下載速度快、電壓兼容范圍廣、速度自動(dòng)識(shí)別、即插即用等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)開發(fā)者來(lái)說(shuō)非常方便。圖4-3J-Link仿真器實(shí)物圖4.2.2軟件開發(fā)環(huán)境本次設(shè)計(jì)使用Keiluvision5進(jìn)行軟件開發(fā)，開發(fā)界面如圖4-4所示。圖4-4Keil開發(fā)界面圖該軟件中安裝了stm32系列芯片的庫(kù)文件如圖4-5所示。圖4-5STM32庫(kù)文件TCP/IP協(xié)議4.3.1TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介TCP/IP協(xié)議是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的縮寫，中文名networkcommunicationProtocol，它于1974年12月由美國(guó)科學(xué)家卡恩和瑟夫正式提出并發(fā)表。它是互聯(lián)網(wǎng)最基本的協(xié)議和基礎(chǔ)，主要包括TCP協(xié)議和IP協(xié)議。4.3.2TCPTCP用于應(yīng)用程序之間的通信。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序想要通過(guò)TCP與另一個(gè)應(yīng)用程序通信時(shí)，它會(huì)發(fā)送一個(gè)通信請(qǐng)求。請(qǐng)求必須發(fā)送到準(zhǔn)確的地址。握手之后，TCP將在兩個(gè)應(yīng)用程序之間建立全雙工通信。這種全雙工通信將占用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信線路，直到被一方或雙方關(guān)閉為止。4.3.3IP IP是一種無(wú)連接的通信協(xié)議。它不占用正在通信的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信線路。這樣，IP減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)線路的需求。每條線路可以同時(shí)滿足多臺(tái)不同計(jì)算機(jī)的通信需求。通過(guò)IP，信息（或其他數(shù)據(jù)）被分成獨(dú)立的小數(shù)據(jù)包，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在計(jì)算機(jī)之間傳輸。IP負(fù)責(zé)將每個(gè)數(shù)據(jù)包路由到其目的地。4.3.4TCP/IP的組成TCP/IP規(guī)定了將電子設(shè)備連接到internet和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議由四部分組成:鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。如下圖所示，TCP/IP協(xié)議模塊圖4-6，應(yīng)用層主要是用戶進(jìn)程，而傳輸層包括TCP和UDP，網(wǎng)絡(luò)層是協(xié)議的核心部分，包括IP、ICMP、IGMP、ARP和RARP。網(wǎng)絡(luò)接口層主要是網(wǎng)絡(luò)接口。這四層負(fù)責(zé)不同的功能，構(gòu)成TCP/IP協(xié)議。圖4-6TCP/IP協(xié)議模型（1）鏈路層鏈路層是協(xié)議的底層。主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡、沖突檢測(cè)、PA同步、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)等相關(guān)硬件設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)協(xié)議的核心。它負(fù)責(zé)不同主機(jī)之間的通信。其功能包括三個(gè)方面。1、在接收到請(qǐng)求之后，數(shù)據(jù)包被加載到IP數(shù)據(jù)報(bào)中，報(bào)頭被填充，到目的地機(jī)器的路徑被選擇，然后數(shù)據(jù)報(bào)被發(fā)送到適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。2、對(duì)輸入數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行處理：首先檢查其合法性，然后進(jìn)行尋路——如果數(shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)到達(dá)宿主機(jī)，則去掉報(bào)頭，剩下的交給相應(yīng)的傳輸協(xié)議；如果數(shù)據(jù)報(bào)尚未到達(dá)接收器，則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。3、處理路徑、流量控制、擁塞等問(wèn)題。IP是這一層的核心，ICMP是它的補(bǔ)充。（2）傳輸層傳輸層允許兩個(gè)不同的對(duì)等實(shí)體相互通信，并且具有格式化信息和提供可靠傳輸?shù)墓δ?。為了?shí)現(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收方必須發(fā)回一個(gè)確認(rèn)，如果數(shù)據(jù)包丟失，則必須重新傳輸。該層包括TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。（3）應(yīng)用層應(yīng)用層主要為用戶提供電子郵件、文件傳輸訪問(wèn)、遠(yuǎn)程登錄等應(yīng)用。Telnet使用Telnet協(xié)議提供在網(wǎng)絡(luò)中的其他主機(jī)上注冊(cè)的接口。Telnet會(huì)話提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問(wèn)FTP使用FTP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器之間提供文件復(fù)制功能。STM32驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)在智能家居的開發(fā)過(guò)程中，主芯片STM32有很多模塊需要驅(qū)動(dòng)，包括時(shí)鐘、串口、ADC等。這些模塊是開發(fā)過(guò)程中最基本、最低級(jí)的部分，也是不可缺少的一部分。4.4.1時(shí)鐘初始化Stm32_Clock_Init(u8PLL)是一個(gè)時(shí)鐘初始化函數(shù)。選擇Pllclk作為系統(tǒng)時(shí)鐘，apb1除以2，apb2除以1，AHB除以1。設(shè)置參數(shù)PLL，范圍從2到16，主要用于配置時(shí)鐘的倍頻。4.4.2延時(shí)函數(shù)初始化delay_init(u8SYSCLK)是一個(gè)延遲初始化函數(shù)，在延遲等待等任務(wù)中起著非常重要的作用。Sysclk是系統(tǒng)的固定時(shí)鐘，參考如圖4-5系統(tǒng)時(shí)鐘樹。圖4-5系統(tǒng)時(shí)鐘樹（用戶手冊(cè)）4.4.3串口初始化根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)如表4-6所示，Stm32f103c8有三個(gè)串口，其中串口1對(duì)應(yīng)IO端口PA9和PA10，串口2對(duì)應(yīng)IO端口pa2和PA3。函數(shù)uart_init(u32pclk2，u32bound)是串口的初始化函數(shù)，其中pclk2是串口1的時(shí)鐘頻率，bound是串口1的波特率。在初始化功能中，首先啟用端口時(shí)鐘和串行時(shí)鐘，然后分別將PA9和PA10設(shè)置為多通道推挽輸出和浮動(dòng)輸入，然后設(shè)置串行端口波特率，最后將停止位設(shè)置為1位，不設(shè)置校驗(yàn)位。此時(shí)，設(shè)置串行端口1和3。表4-6用戶手冊(cè)P165-P1664.4.4LED初始化根據(jù)硬件電路的原理，兩個(gè)led分別連接主控芯片PA8和PD的100gIO端口，所以LED的初始化主要是兩個(gè)IO口的初始化。將兩個(gè)IO端口設(shè)置為輸出，將函數(shù)初始化為L(zhǎng)ED_Init（），該鍵的初始化為KEY_Init（），在該函數(shù)中，首先初始化PA0、pa15和PC5，并將三個(gè)IO端口全部設(shè)置為輸入，然后按鍵處理函數(shù)鍵，在掃描（U8模式）中設(shè)置模式值，選擇鍵模式。模式值為0時(shí)，不能連續(xù)按鍵。當(dāng)mode的值為1時(shí)，可以連續(xù)按鍵。無(wú)線驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)Esp-8266是一種高性能無(wú)線模塊。采用串口與主控制器通信，并內(nèi)置TCP/IP協(xié)議。它可以實(shí)現(xiàn)串口與主機(jī)控制器之間的轉(zhuǎn)換。4.5.1ESP-8266工作模式ESP-8266是少數(shù)支持串行端口到STA，串行端口到AP和STA+AP的無(wú)線模塊之一。ESP-8266STA/AP/STA+AP三種工作模式:（1）STA模式在這種模式下，Esp-8266模塊可以通過(guò)路由器直接接入互聯(lián)網(wǎng)，最終與手機(jī)建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，示意圖如圖4-7所示。圖4-7STA(Station)模式（2）AP模式在這種模式下，Esp-8266模塊直接與手機(jī)作為熱點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)控制，示意圖如圖4-8所示。圖4-8AP(SoftAP)模式（3）STA+AP模式在這種模式下，可以實(shí)現(xiàn)兩種模式之間的無(wú)縫切換，操作方便，示意圖如圖4-9所示。圖4-9STA+AP(SoftAP+station)模式4.5.2ESP-8266AT指令ESP-8266有許多AT指令。在AT模式中，主控制器可以通過(guò)串行端口發(fā)送AT指令。ESP-8266工作流程圖如圖4-10所示。圖4-10驅(qū)動(dòng)流程圖從開機(jī)到最終成功發(fā)送數(shù)據(jù)，有以下四部分程序:（1）初始化主要驅(qū)動(dòng)Esp-8266模塊底層通信，包括at指令的發(fā)送與接收、模塊狀態(tài)檢查、輸入輸出顯示等。包括以下功能:atk_8266_send_cmd()//向ESP-8266模塊發(fā)送AT指令;atk_8266_quit_trans()//退出透明模式;atk_8266_consta_check()//獲取ESP-8266模塊的連接狀態(tài);atk_8266_get_wanip()//在STA或AP模式下獲取IP地址和MAC地址;atk_8266_get_ip()//在STA+AP模式下獲取IP地址和MAC地址;最后，有一個(gè)Esp-8266模塊測(cè)試主功能函數(shù)atk_8266_test，它先檢查Esp-8266模塊是否有正常的檢測(cè)模塊，然后初始化為AP模式，然后進(jìn)入模式選擇界面，最后按鍵進(jìn)入相應(yīng)的子功能進(jìn)行測(cè)試。（2）AP+STA模式測(cè)試只有一個(gè)函數(shù)atk_8266_apsta_test測(cè)試模塊串行端口AP+STA模式的每個(gè)子模式。首先，配置STA模式，然后配置AP模式。配置完成后，LCD接口需要輸入遠(yuǎn)程IP地址，輸入正確的IP地址，開始數(shù)據(jù)發(fā)送和接收測(cè)試。如果沒有收到數(shù)據(jù)，程序每10秒檢查一次，看是否還有連接，并在液晶顯示器上顯示連接狀態(tài)，跑馬燈將每0.4秒閃爍一次，用于提示程序正在運(yùn)行。（3）STA和AP模式下，測(cè)試TCP/UDP連接STA模式下的程序類似于atk_8266_apsta_test函數(shù)，僅僅只是缺少AP模式的主要配置代碼。（4）串口連接無(wú)線模塊和主控制器通過(guò)上述串行端口1連接。通過(guò)以上四個(gè)步驟，Esp-8266完成了組網(wǎng)過(guò)程。主控制器通過(guò)串口與之相連，使主控制器通過(guò)Esp-8266與外界進(jìn)行通信，智能家居真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本章小結(jié)本章主要介紹了軟件設(shè)計(jì)，介紹了整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，其中也包括了軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)部分。介紹了軟件設(shè)計(jì)的流程圖及各部分的功能。第5章系統(tǒng)軟件與硬件調(diào)試

系統(tǒng)軟件和硬件調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試按照前文敘述的該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理以及硬件電路的設(shè)計(jì)，本章節(jié)主要內(nèi)容為對(duì)軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。5.1.1硬件調(diào)試硬件部分開發(fā)實(shí)物圖如下圖5-1所示，硬件部分通過(guò)J-LINK連接電腦端，將軟件燒錄進(jìn)核心芯片中。圖5-1硬件開發(fā)實(shí)物圖5.1.2遠(yuǎn)程端調(diào)試首先將手持設(shè)備連接硬件核心板的Wi-Fi，然后打開手持端APP，在APP上單擊“添加設(shè)備”，輸入產(chǎn)品名稱，選擇相應(yīng)的設(shè)備訪問(wèn)方案，完成“新產(chǎn)品”的創(chuàng)建如圖5-2所示，。一個(gè)產(chǎn)品需要定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)點(diǎn)指的是一個(gè)產(chǎn)品具有的功能抽象，由不同的數(shù)據(jù)類型表示。例如最簡(jiǎn)單的設(shè)備“開關(guān)”具有以下功能:打開和關(guān)閉，將其抽象為布爾數(shù)據(jù)點(diǎn)，0表示關(guān)閉，1表示打開，數(shù)據(jù)點(diǎn)是產(chǎn)品的重要屬性，所以產(chǎn)品智能化的第一步是明確產(chǎn)品功能，在平臺(tái)上逐一創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)功能進(jìn)行描述，后續(xù)會(huì)根據(jù)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)點(diǎn)自動(dòng)生成用于嵌入式開發(fā)的MCU協(xié)議，并且可以根據(jù)自動(dòng)生成的協(xié)議完成智能設(shè)備的連接。圖5-2添加設(shè)備連接上設(shè)備后進(jìn)行相關(guān)功能的調(diào)試，如圖所示，測(cè)試相關(guān)RGB全彩燈功能、溫濕度功能、和電機(jī)功能。圖5-3功能測(cè)試可以驗(yàn)證出RGB三色燈可以正常工作，室內(nèi)的溫濕度可以正常顯示，電機(jī)可以正常工作。本章小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了搭建和測(cè)試，并對(duì)前幾章設(shè)計(jì)的理論技術(shù)和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果與預(yù)期一致，證明了網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性。第6章總結(jié)與展望

總結(jié)與展望整個(gè)畢設(shè)過(guò)程中還分為選題，設(shè)計(jì)，實(shí)行等相關(guān)步驟。首先，在選題前，我查詢了學(xué)院書館的大量相關(guān)資料，分析了實(shí)施的可行性，最后確定了智能家居的選題。后，我開始設(shè)計(jì)可行的解決方案。在該方案的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了單片機(jī)基本原理，Keil軟件的編譯及其在線編譯仿真功能等本科專業(yè)常識(shí)