智能家居網(wǎng)關設計方案

基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關設計1、概況

2、系統(tǒng)設計

3、硬件設計

4、軟件設計目錄1、概況

智能家居基本任務之一就是能夠通過網(wǎng)絡對于各類電器實現(xiàn)控制，由于主要家居電器本身就有220V交流供電，因此利用電力線實現(xiàn)設備監(jiān)控和控制是一種非常有效的方式。

本設計著重于電力線傳輸協(xié)議和網(wǎng)關設計?；贏RM平臺提供協(xié)議轉(zhuǎn)換，路由選擇，遠程控制等功能1、概況

2、系統(tǒng)設計

2.1電力線傳輸協(xié)議設計

利用電力線來監(jiān)控家居各類主要電器設備，避免了CAN總線或以太網(wǎng)等其他有線通信方式所需的額外布線，也解決了無線信號穿透墻壁時嚴重衰減的缺點，具有很好的實用價值。

電力線傳輸信道質(zhì)量較差，需要專門設計物理層規(guī)范。

由于是小范圍聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)量小，實時性要求不高，無需復雜芯片，可采用簡化的MAC層協(xié)議，使用分時傳輸?shù)陌l(fā)送方式。

我們不用CSMA/CD，轉(zhuǎn)而設計一種簡化的分時發(fā)送機制：在下列時間節(jié)點，只要網(wǎng)絡上空閑，設備或網(wǎng)關便可主動發(fā)送數(shù)據(jù)：1、0ms網(wǎng)關發(fā)送2、150ms設備1發(fā)送3、300ms設備2發(fā)送4、450ms設備3發(fā)送以此類推…在上述約定的分時發(fā)送時間到以前，沒有任何從設備或網(wǎng)關正在進行通信，這時可認為網(wǎng)絡空閑。否則推遲發(fā)送等待下一次機會。網(wǎng)關控制器每隔一段時間發(fā)送校時信號，重啟發(fā)送時序。以上協(xié)議可有效地避免“碰撞”出現(xiàn)，在實時性要求不高的情況下獲得較高的線路利用率。2、系統(tǒng)設計

2.1電力線傳輸協(xié)議設計

2、系統(tǒng)設計

2.1電力線傳輸協(xié)議設計

前導碼目的地址源地址數(shù)據(jù)包號用戶數(shù)據(jù)奇偶校驗目的地址源地址數(shù)據(jù)包號用戶數(shù)據(jù)奇偶校驗數(shù)據(jù)包號用戶數(shù)據(jù)應用層物理層MAC層2、系統(tǒng)設計

2.1電力線傳輸協(xié)議設計

CPUPL3106應用層命令+數(shù)據(jù)ARQMAC層定時發(fā)送協(xié)議物理地址奇偶校驗物理層前導碼PSK120kHz250bps功能需求：本身自帶無線路由器功能能實現(xiàn)電力傳輸協(xié)議、802.11協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換2、系統(tǒng)設計

2.2網(wǎng)關設計兩種杠工作模式在主姿動工詳作模蒜式下捕，網(wǎng)允關按除照配肆置好吩的命柄令直鬧接控孩制家攪電設仍備運枯行。在被逝動工狗作模插式下掌，網(wǎng)蝴關對染電力繡線上疫傳來揀的數(shù)尿據(jù)作具協(xié)議黨轉(zhuǎn)換伏處理待，以UD尼P形式下在WL滔AN和以拆太網(wǎng)路上進綠行廣騰播，責使PC機能竿接收政到設騰備信瓦息。蘿同時襲對PC機傳要來的杏設備胖命令沸作協(xié)榮議轉(zhuǎn)談?chuàng)Q，概發(fā)送仁到電噴力傳共輸線雀上，嫂使設沉備能罩接收藏到PC機的像指令。無論慌在哪匆種模雙式下稱，在波家電誕設備串眼中脖，控睡制者殃都是欠網(wǎng)關。網(wǎng)關坑屏蔽餓了外廉部環(huán)嘗境的嫂差異雀。2、系城統(tǒng)設訪計2.麻2網(wǎng)關盯設計2、系新統(tǒng)設猾計2.耽2網(wǎng)關奇設計電力事線以太顛網(wǎng)被動模式執(zhí)中的錦地址課解析吧問題2、系蒼統(tǒng)設雹計2.撤2網(wǎng)關韻設計從設尚備A到PC：1、設鬧備A發(fā)送MA疤C幀，遭源地坊址00，目頌的地羊址012、網(wǎng)渾關收儉到該口幀，甜拆出凈用戶參數(shù)據(jù)DA豎TA3、網(wǎng)印關組址裝UD木P數(shù)據(jù)榮報，鎮(zhèn)目的藍端口104、網(wǎng)繡關根杏據(jù)表1，組殲裝IP報文宰，源膚地址臣，目握的地臉址為牽廣播侵地址5、網(wǎng)破關在有以太旱網(wǎng)廣跑播該角幀6、PC端監(jiān)竭聽UD脫P端口10，收駱到數(shù)離據(jù)報7、PC端根莫據(jù)表2得知快這是腰設備A發(fā)出嶺的數(shù)托據(jù)，圾據(jù)此猾做出增反應2、系玩統(tǒng)設僻計2.寬2網(wǎng)關綱設計從PC到設迅備1、PC端生探成用怠戶數(shù)情據(jù)DA哨TA2、PC端組碧裝UD果P數(shù)據(jù)遇報，活目的年端口103、PC端根啊據(jù)表2組裝IP報文碰，源扔地址鑒，目協(xié)的地滔址4、PC端發(fā)頑送以互太網(wǎng)補幀到中默認網(wǎng)關5、網(wǎng)奏關監(jiān)衛(wèi)聽UD未P端口10，收歡到數(shù)凝據(jù)報6、網(wǎng)略關發(fā)熄現(xiàn)目系的IP地址耳為，岸在電己力線梢上7、網(wǎng)繼關拆尤出用改戶數(shù)謀據(jù)，刊根據(jù)表1組裝MA漠C幀，慈目的越地址00，源拖地址01S3勻C6慎41自0是一個16求/3盆2位RI遵SC微處多理器綱，基笑于AR愉M1么1內(nèi)核，可將外接夢大容吃量RA假M和RO室M，性鑄能較鉛強，筑擁有溪多個SD皺IO接口梢和UA圓RT接口利。選擇S3據(jù)C6蛙41尺0的主濤要原博因是癥七強爬大的涼處理東功能威，符廈合路展由器擺實時滾處理毫的要明求，徹同時敲提供第多種瞞服務社功能喪。3、硬惑件設偶計3.震1凳MC謀U選型無線設調(diào)制雁器GM梁32釣0通過SD婦IO接口剃與CP病U連接3、硬冊件設降計3.弟2無線射接口秒芯片淚選型PL部31距06是單衫片機曉，帶筒有PS聽K調(diào)制率功能誦，中會心頻忌率12哄0k攝Hz，最不大波鞠特率村為50珍0b潑psPL蹈31爪06通過項串口管與處趕理器害連接達，利施用單閉片機可編程伐，該駐芯片咸可完勁成全炮部MA騰C層、凍物理載層和本部分應用層的責功能依。但還需慚外加號載波晴發(fā)送/接收寸電路3、硬跳件設育計3.異3電力把傳輸芯片選型3、硬匆件設黎計3.妥3電力仁傳輸芯片選型3、硬鑼件設蛇計3.匪3電力谷傳輸芯片選型載波棵發(fā)送融電路載波造接收業(yè)電路當發(fā)送慘數(shù)據(jù)處的時耐候，距載波勞信號挖由PL窮31愚06芯片侄的PS過K_拉OU莖T引腳昆輸出洞，波變形視刃具體減配置滔而定廢。經(jīng)磨過由VT1、VT2、VT3和VT4組成葛的互斃補推糧挽功意率放企大電罰路后艱，具根有了振一定龍的帶槽負載騙能力；VD1、VD2、VS4和VS2均起些保護罪作用肯。載悄波信饅號發(fā)森射功粒率的掠大小爛與VH督H電源提相關浩，提椒高VH漠H電壓煤就可目提高懲發(fā)送茅功率固，進克而提寇高通己信距憶離。思電容C1和電矩感L1主要塵任務棋是對器輸出肌信號掃進行擦濾波榜，減聯(lián)少各堤諧波木信號獅對電投網(wǎng)的醬污染轎。濾搶波信曾號經(jīng)散雙向TV鉆S保護券后，稿可由錫耦合古線圈河直接遙耦合慕到電況力線外上。3、硬區(qū)件設室計3.嗓3電力敲傳輸芯片選型接收電路距的功杜能是勿對來他自載菊波耦腔合電商路的邁信號決進行檔帶通黑濾波絡處理踢。電草阻R3的目右的是虹隔離句發(fā)送航和接縣收電古路，滲電感L2和電會容C12組成武并聯(lián)懼諧振聰回路卻，對課耦合以進來夾的信艦號進日行選守頻。倚當諧馳振中奏心頻伸率為12澇0k誼Hz時，蓄若電爸容C12=0冠.1選5n救F時，濱則L1=1債.1憑7m爽H。二辣極管VD3、VD4將選萄頻后到的信紛號雙儲向嵌脾位到±0鐮.7腳V，對魚后級因電路澡進行萄保護安；然偵后該顆信號叨通過C11耦合件到SI敢GI番N輸入臘管腳機，由寄內(nèi)部添電路榴進行抹載波翠檢測插并譯南碼為列二進炮制數(shù)趕據(jù)。3、硬滾件設熄計3.突3電力兼?zhèn)鬏斝酒x型TC攻P/才IP協(xié)議尚和以孝太網(wǎng)估協(xié)議球利用疾軟件并實現(xiàn)鮮，CP橋U只需沙通過里串口佩連接HS司90爛16隔離變壓據(jù)器實語現(xiàn)電前壓轉(zhuǎn)望換硬件姻連接扮如圖杜所示緞：3、硬酸件設釘計3.動4以太泳網(wǎng)電路擦設計3、硬坑件設棟計3.翼5系統(tǒng)的框圖FL末AS蘭H僵ME眠M1G態(tài)BSD牛RA離M娘12皮8MSD漁RA售M惜12捏8MS3統(tǒng)C6奇41董0按鍵砌、LE值DHS糕90琴16GM佳32旋0CL竭OC彩KPL詞31巨06RJ才45載波角接收家和發(fā)結(jié)送PO宵WE吳R天線UA幕RTUA牢RTSD沫IOBU極SGP道IO整個女系統(tǒng)肯以嵌先入式Li意nu慮x為基雀礎，量由Li華nu榆x提供店進程瓣管理帽，設堆備管暴理，瞧文件排系統(tǒng)妨管理消等基厭礎功窗能在Li肆nu馬x的基德礎上宰，添宴加各脅類程繩序模晌塊，早如圖宇所示4、軟農(nóng)件設卵計DHCPWEBserverRIPNATFirewallSNMP服務器進程TCP/UDPIP（Routingtable、IPFiltering）Linux嵌入式系統(tǒng)硬件層服務雨器進某程的楊功能呈：被動模式各：在IP層，歌所有蔥發(fā)往君電力謎傳輸期線網(wǎng)登絡的厚數(shù)據(jù)岡包被勒過濾飲，由肝服務吉器進靈程解心包、亮識別司和轉(zhuǎn)葵換之垂后直嘉接發(fā)意往PL凍31鉛06芯片扭。同理束，PL仔31溜06芯片穴接收足的數(shù)跌據(jù)包精不能診直接蹦在IP網(wǎng)絡慎上傳刺輸，途必須榮交由脅服務灶器進捕程添簡加必熟要信縫息并喪進行盾地址移轉(zhuǎn)換暖之后鍋才能歡發(fā)往釀以太助網(wǎng)或挑者是綠無線甘網(wǎng)，旋供PC機處蘋理。4、軟腰件設舊計DHCPWEBserverRIPNATFirewallSNMP服務器進程TCP/UDPIP（Routingtable、