基于ARM Cortex-M3和电力载波技术的智能家居系统

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 引言

一般智能家居系统从组网上来看都可以分为外部网、内部网、和网关三部分。而本文着重研究的是智能家居系统内部网的通信网络的组成与应用。相对于目前的智能家居系统组网技术,使用电力载波技术,可以使现有的家庭电力线成为通信信道,避免了使用传统繁琐的布线过程,同时也适合对老房智能家居改造的需求。相对于ZigBee无线通信技术,在同样方便快捷的基础上,电力载波的扩展性更好,可靠性更高,抗干扰能力较好,同时由于电力线布于墙内,硬件相对更安全,不易损坏。

  系统总体结构

系统网络组成
家居系统的网络结构可以分为3个部分:电力线网络、嵌入式系统、因特网。电力线网络作为内网的信道,主要用于嵌入式系统与各个节点的交互通信。

电力线载波通信(Power Line Communication)是指利用现有电力线,通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术。目前,世界上最大的有线网络是电力线网络,利用电力线网络有以下优势:

1)充分利用电力线网络资源,从而有效进行资源整合,符合整体发展趋势,节约资源。
2)通过电力载波技术,可以减少或去除繁琐的布线过程,尤其是在对老式住宅的智能化改造的过程中,节约大量材料和人力成本,即插即用,永不掉线。
3)相对于ZigBee等无线技术,电力线载波通信技术不会对周围家用电器产生干扰。

低压电力载波技术也有传输速率低,传输距离不远以及信息量较少等缺陷,但是由于家庭内部使用范围小,家居系统控制命令简单等原因,非常适合智能家居中使用。嵌入式系统以基于ARM Cortex-M3的STM32处理模块为控制核心,负责对各类数据的运算和人机交互界面(GUI)的处理,是整个系统的核心部件。嵌入式系统通过网关与外部Internet网相连,遵循TCP/IP协议,为用户提供了远程PC端或手机端的控制方式。家居系统的网络结构图如图1所示。
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