智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案

基于ARM平臺(tái)的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)1、概況

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、硬件設(shè)計(jì)

4、軟件設(shè)計(jì)目錄1、概況

智能家居基本任務(wù)之一就是能夠通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)于各類電器實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控和控制是一種非常有效的方式。

本設(shè)計(jì)著重于電力線傳輸協(xié)議和網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。基于ARM平臺(tái)提供協(xié)議轉(zhuǎn)換，路由選擇，遠(yuǎn)程控制等功能1、概況

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電力線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

利用電力線來監(jiān)控家居各類主要電器設(shè)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(hào)穿透墻壁時(shí)嚴(yán)重衰減的缺點(diǎn)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

電力線傳輸信道質(zhì)量較差，需要專門設(shè)計(jì)物理層規(guī)范。

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

我們不用CSMA/CD，轉(zhuǎn)而設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)化的分時(shí)發(fā)送機(jī)制：在下列時(shí)間節(jié)點(diǎn)，只要網(wǎng)絡(luò)上空閑，設(shè)備或網(wǎng)關(guān)便可主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)：1、0ms網(wǎng)關(guān)發(fā)送2、150ms設(shè)備1發(fā)送3、300ms設(shè)備2發(fā)送4、450ms設(shè)備3發(fā)送以此類推…在上述約定的分時(shí)發(fā)送時(shí)間到以前，沒有任何從設(shè)備或網(wǎng)關(guān)正在進(jìn)行通信，這時(shí)可認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)空閑。否則推遲發(fā)送等待下一次機(jī)會(huì)。網(wǎng)關(guān)控制器每隔一段時(shí)間發(fā)送校時(shí)信號(hào)，重啟發(fā)送時(shí)序。以上協(xié)議可有效地避免“碰撞”出現(xiàn)，在實(shí)時(shí)性要求不高的情況下獲得較高的線路利用率。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電力線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電力線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

前導(dǎo)碼目的地址源地址數(shù)據(jù)包號(hào)用戶數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)?zāi)康牡刂吩吹刂窋?shù)據(jù)包號(hào)用戶數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)包號(hào)用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用層物理層MAC層2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電力線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

CPUPL3106應(yīng)用層命令+數(shù)據(jù)ARQMAC層定時(shí)發(fā)送協(xié)議物理地址奇偶校驗(yàn)物理層前導(dǎo)碼PSK120kHz250bps功能需求：本身自帶無線路由器功能能實(shí)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(shè)計(jì)

2.2網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)兩種杠工作模式在主姿動(dòng)工詳作模蒜式下捕，網(wǎng)允關(guān)按除照配肆置好吩的命柄令直鬧接控孩制家攪電設(shè)仍備運(yùn)枯行。在被逝動(dòng)工狗作模插式下掌，網(wǎng)蝴關(guān)對(duì)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(jìn)綠行廣騰播，責(zé)使PC機(jī)能竿接收政到設(shè)騰備信瓦息。蘿同時(shí)襲對(duì)PC機(jī)傳要來的杏設(shè)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(shè)沉備能罩接收藏到PC機(jī)的像指令。無論慌在哪匆種模雙式下稱，在波家電誕設(shè)備串眼中脖，控睡制者殃都是欠網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)坑屏蔽餓了外廉部環(huán)嘗境的嫂差異雀。2、系城統(tǒng)設(shè)訪計(jì)2.麻2網(wǎng)關(guān)盯設(shè)計(jì)2、系新統(tǒng)設(shè)猾計(jì)2.耽2網(wǎng)關(guān)奇設(shè)計(jì)電力事線以太顛網(wǎng)被動(dòng)模式執(zhí)中的錦地址課解析吧問題2、系蒼統(tǒng)設(shè)雹計(jì)2.撤2網(wǎng)關(guān)韻設(shè)計(jì)從設(shè)尚備A到PC：1、設(shè)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(guān)收儉到該口幀，甜拆出凈用戶參數(shù)據(jù)DA豎TA3、網(wǎng)印關(guān)組址裝UD木P數(shù)據(jù)榮報(bào)，鎮(zhèn)目的藍(lán)端口104、網(wǎng)繡關(guān)根杏據(jù)表1，組殲裝IP報(bào)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(guān)在有以太旱網(wǎng)廣跑播該角幀6、PC端監(jiān)竭聽UD脫P(yáng)端口10，收駱到數(shù)離據(jù)報(bào)7、PC端根莫據(jù)表2得知快這是腰設(shè)備A發(fā)出嶺的數(shù)托據(jù)，圾據(jù)此猾做出增反應(yīng)2、系玩統(tǒng)設(shè)僻計(jì)2.寬2網(wǎng)關(guān)綱設(shè)計(jì)從PC到設(shè)迅?jìng)?、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(bào)，活目的年端口103、PC端根啊據(jù)表2組裝IP報(bào)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(bǔ)幀到中默認(rèn)網(wǎng)關(guān)5、網(wǎng)奏關(guān)監(jiān)衛(wèi)聽UD未P端口10，收歡到數(shù)凝據(jù)報(bào)6、網(wǎng)略關(guān)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(guān)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(gè)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(mèng)大容吃量RA假M(fèi)和RO室M，性鑄能較鉛強(qiáng)，筑擁有溪多個(gè)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(qiáng)爬大的涼處理東功能威，符廈合路展由器擺實(shí)時(shí)滾處理毫的要明求，徹同時(shí)敲提供第多種瞞服務(wù)社功能喪。3、硬惑件設(shè)偶計(jì)3.震1凳MC謀U選型無線設(shè)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(cè)件設(shè)降計(jì)3.弟2無線射接口秒芯片淚選型PL部31距06是單衫片機(jī)曉，帶筒有PS聽K調(diào)制率功能誦，中會(huì)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(xiàng)串口管與處趕理器害連接達(dá)，利施用單閉片機(jī)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(yīng)用層的責(zé)功能依。但還需慚外加號(hào)載波晴發(fā)送/接收寸電路3、硬跳件設(shè)育計(jì)3.異3電力把傳輸芯片選型3、硬匆件設(shè)黎計(jì)3.妥3電力仁傳輸芯片選型3、硬鑼件設(shè)蛇計(jì)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(dāng)發(fā)送慘數(shù)據(jù)處的時(shí)耐候，距載波勞信號(hào)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(bǔ)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(fù)載騙能力；VD1、VD2、VS4和VS2均起些保護(hù)罪作用肯。載悄波信饅號(hào)發(fā)森射功粒率的掠大小爛與VH督H電源提相關(guān)浩，提椒高VH漠H電壓煤就可目提高懲發(fā)送茅功率固，進(jìn)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(wù)棋是對(duì)器輸出肌信號(hào)掃進(jìn)行擦濾波榜，減聯(lián)少各堤諧波木信號(hào)獅對(duì)電投網(wǎng)的醬污染轎。濾搶波信曾號(hào)經(jīng)散雙向TV鉆S保護(hù)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(shè)室計(jì)3.嗓3電力敲傳輸芯片選型接收電路距的功杜能是勿對(duì)來他自載菊波耦腔合電商路的邁信號(hào)決進(jìn)行檔帶通黑濾波絡(luò)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(huì)容C12組成武并聯(lián)懼諧振聰回路卻，對(duì)課耦合以進(jìn)來夾的信艦號(hào)進(jìn)日行選守頻。倚當(dāng)諧馳振中奏心頻伸率為12澇0k誼Hz時(shí)，蓄若電爸容C12=0冠.1選5n救F時(shí)，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(hào)雙儲(chǔ)向嵌脾位到±0鐮.7腳V，對(duì)魚后級(jí)因電路澡進(jìn)行萄保護(hù)安；然偵后該顆信號(hào)叨通過C11耦合件到SI敢GI番N輸入臘管腳機(jī)，由寄內(nèi)部添電路榴進(jìn)行抹載波翠檢測(cè)插并譯南碼為列二進(jìn)炮制數(shù)趕據(jù)。3、硬滾件設(shè)熄計(jì)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(shí)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(shí)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(shè)釘計(jì)3.動(dòng)4以太泳網(wǎng)電路擦設(shè)計(jì)3、硬坑件設(shè)棟計(jì)3.翼5系統(tǒng)的框圖FL末AS蘭H僵ME眠M(jìn)1G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(gè)女系統(tǒng)肯以嵌先入式Li意nu慮x為基雀礎(chǔ)，量由Li華nu榆x提供店進(jìn)程瓣管理帽，設(shè)堆備管暴理，瞧文件排系統(tǒng)妨管理消等基厭礎(chǔ)功窗能在Li肆nu馬x的基德礎(chǔ)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(shè)卵計(jì)DHCPWEBserverRIPNATFirewallSNMP服務(wù)器進(jìn)程TCP/UDPIP（Routingtable、IPFiltering）Linux嵌入式系統(tǒng)硬件層服務(wù)雨器進(jìn)某程的楊功能呈：被動(dòng)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(luò)的厚數(shù)據(jù)岡包被勒過濾飲，由肝服務(wù)吉器進(jìn)靈程解心包、亮識(shí)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(luò)慎上傳刺輸，途必須榮交由脅服務(wù)灶器進(jìn)捕程添簡(jiǎn)加必熟要信縫息并喪進(jìn)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(jī)處蘋理。4、軟腰件設(shè)舊計(jì)DHCPWEBserverRIPNATFirewallSNMP服務(wù)器進(jìn)程TCP/UDPIP（Routingtable、