基于ARM和電力載波的智能家居設計

　　以嵌入式ARM Cortex-M3為核心，結合電力載波技術和自學習紅外技術，設計了一套智能家居系統。該系統通過電力線實現信號傳輸，嵌入式系統進行信號分析與處理。同時內嵌Web-services，接入Internet網，實現遠程PC端、手機端的控制。

　　引言

　　一般智能家居系統從組網上來看都可以分為外部網、內部網、和網關三部分。而本文著重研究的是智能家居系統內部網的通信網絡的組成與應用。相對于目前的智能家居系統組網技術，使用電力載波技術，可以使現有的家庭電力線成為通信信道，避免了使用傳統繁瑣的布線過程，同時也適合對老房智能家居改造的需求。相對于ZigBee無線通信技術，在同樣方便快捷的基礎上，電力載波的擴展性更好，可靠性更高，抗干擾能力較好，同時由于電力線布于墻內，硬件相對更安全，不易損壞。

　　系統總體結構

　　系統網絡組成

　　家居系統的網絡結構可以分為3個部分：電力線網絡、嵌入式系統、因特網。電力線網絡作為內網的信道，主要用于嵌入式系統與各個節點的交互通信。

　　電力線載波通信(Power Line Communication)是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行傳輸的技術。目前，世界上最大的有線網絡是電力線網絡，利用電力線網絡有以下優勢：

　　1)充分利用電力線網絡資源，從而有效進行資源整合，符合整體發展趨勢，節約資源。

　　2)通過電力載波技術，可以減少或去除繁瑣的布線過程，尤其是在對老式住宅的智能化改造的過程中，節約大量材料和人力成本，即插即用，永不掉線。

　　3)相對于ZigBee等無線技術，電力線載波通信技術不會對周圍家用電器產生干擾。

　　低壓電力載波技術也有傳輸速率低，傳輸距離不遠以及信息量較少等缺陷，但是由于家庭內部使用范圍小，家居系統控制命令簡單等原因，非常適合智能家居中使用。嵌入式系統以基于ARM Cortex-M3的STM32處理模塊為控制核心，負責對各類數據的運算和人機交互界面(GUI)的處理，是整個系統的核心部件。嵌入式系統通過網關與外部Internet網相連，遵循TCP/IP協議，為用戶提供了遠程PC端或手機端的控制方式。家居系統的網絡結構圖如圖1所示。