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智能家居网关设计

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在智能化迅速发展的今天,智能家居越来越成为人们提高自身生活的重要研究内容。智能家居包括两层含义,一方面自动化处理过程,包括远程监控、控制启动等,能够以自动和手动的方式在家庭内或家庭外达到远程同步控制,不再受地理位置限制,给用户最大程度的自由控制;另一方面是信息分析过程,对从物理层采集的数据进行分析处理,实现数据统计、行为预测等功能。总之,智能家居可以使人民的生活更加方便、快捷,多种家电可以得到有效地控制和管理。
家庭智能网关是智能家居最重要、不可或缺的组成部分,是智能家居的核心,连接着家庭内网和家庭外网,保证内外网络的通信。家庭内网是家庭所有电气设备的联网,毎一个智能电器被当做一个终端节点,所有终端节点受家庭智能网关的集中管理和分散控制;家庭外网是指外部的太网、GPRS、4G网络,用于连接家庭智能网关的智能管理终端,如智能手机、平板电脑等,从而实现远程控制和查看家居信息。因此,智能家居网关在智能家居系统中处于核心地位,对实现家居生活智能化,提供高效、舒适的家居生活环境起着决定性作用。目前,很多企业和公司,如小米、海尔等,都在智能家居网关领域做了一定研究,也推出了很多智能家居产品。这些产品虽然具有一定的智能家居功能,但多为专用型产品,很难适应于大多数的家居生活环境。因此,研究一种功能完善、通用性强、成本低的智能家居网关系统对于推动我国智能家居的快速发展与应用具有极其重要的意义。

智能家居网关设计
智能家居网关采用STM32作为控制器,STM32是32位单片机,具有低成本、高性能、低功耗、片上外设资源丰富、对事件响应处理速度快等特点。官方提供了标准的库文件,降低了软件开发工作量,此外软件支持工具性能优越,界面友好。STM32最常用的型号有STM32F1XX系列、STM32F4XX系列,基本能够满足绝大部分系统需求。两种STM32系列都有能够提供足够的接口供外设硬件资源使用的型号,由于系统处理的数据量很大,不仅需要占用较大的RAM空间而且对单片机运行处理速度有较高的要求。STM32F1XX系列与STM32F4XX系列相比较,其RAM空间较小,主频较低,所以系统选择了性能更加优越、RAM空间较大的STM32F4XX系列。考虑系统需要的引脚数量、RAM大小和成本最终选择了STM32F407VET6型号。
STM32F407VET6是意法半导体公司生产的基于ARMCortex-M4内核的STM32系列微控制器。STM32微控制器是专为嵌入式系统而开发的一款芯片。近些年,STM32系列微控制器以其本身强大的运算处理性能和丰富的外设集成深受广大嵌入式系统开发者的喜爱,同时STM32系列微控制器性能高、成本低、功耗低,硬件实时控制反应速度快,各个方面都表现出色。意法半导体公司提供了多款STM32微微控制器芯片,根据内部集成资源和系统时钟主频率又分成了多个系列和型号,为用户提供多种选择,在能够满足嵌入式系统功能需求的前提下而不会造成过多的资源浪费,节约了开发成本。STM32开发平台较多,学习资源众多,能够为开发人员提供便利的学习途径,便于开发人员快速掌握开发技术,更快的完成嵌入式系统的开发。STM32F407VET6是STM32系列的“增强型”芯片,其内部部分资源和参数说明如表3-1所示。


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