智能家居控制系统

题目：智能家居管理系统

摘要（中英文）

基于物联网的思想，系统由三部分组成，终端部分、传输部分和服务器部分，终端部分和传输部分分别由一片MSP430F2616单片机控制，终端部分采集、控制，传输部分由一片单片机与W5100连接用于连接互联网，在PC机上面建有服务器，能在其它客户端访问网页并通过网页控制。

Based on the content of “The Internet of things”, this system consists of three parts, terminal part, transmission parts and server part, terminal part and transmission part are both controlled by MCU MSP430F2616.And the terminal part in charge of collecting information and controlling "things", while the transmission part consists of a MCU and part SW5100 part. There is a server in a PC, we can scan the webpage as a client and control your device via this webpage.

1.引言

系统的设计基于物联网的思想，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是“The Internet of things”。其基本思想是以互联网为媒介，实现远程监督、控制。它在各个领域有着非常广泛的应用。本系统基于这种思想，提供了一种具体的实现方案，以四个LED为例，四个LED由控制终端控制，通过传输部分传输到PC机服务器端，通过其它互联网端能登陆网页，并能操作控制端，以实现远程监控。本系统除了能控制4个LED，还能够采集温度，并在网页上实时更新，以该系统为模板，可以扩展出更多的功能，实现更为复杂的功能。

2.系统方案

控制部分和传输部分均用TI公司MSP430F2616主控芯片控制，传输部分由该单片机与W5100以太网模块完成网络连接。用户可通过电脑、手机等客户端上网，完成远程监控。

系统设计方案用框图如下所示：

图2-1

3.系统硬件设计

方案论证及选择

SPI转以太网模块

方案一：采用独立的以太网控制器ENC28J60，ENC28J60采用业界标准串行外设接(SPI)的以太网控制器ENC28J60具有以下主要特征：符合IEEE 802．3协议。内置10Mbps以太网物理层器件(PHY)及媒体访问控制器(MAC)，可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据。具有可编程过滤功能。特殊的过滤器，包括Microchip的可编程模式匹配过滤器，可自动评价、接收或拒收Magic Packet，单播(Unicast)、多播(Multicast)或广播(Broadcast)信息包，以减轻主控单片机的处理负荷。l0bps SPI接口。业界标准的串行通信端口，使得低至18引脚的8位单片机也具有网络连接功能。

方案二：采用SPI转以太网控制器W5100。W5100 是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100 以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100 可以实现没有操作系统的Internet 连接。W5100与IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100 内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的TCP/IP 协议栈、以太网介质传输层（MAC）和物理层（PHY）。硬件TCP/IP 协议栈支持TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP 和PPPoE，这些协议已经在很多领域经过了多年的验证。W5100 内部还集成有16KB 存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口（Socket）编程。W5100提供3种接口：直接并行总线、间接并行总线和SPI总线。W5100与MCU接口非常简单，就像访问外部存储器一样。

方案选择：ENC28J60需要用uip0.9等转用于微处理器的传输协议，该协议不是标准的TCP/IP协议，删减了一些不常用的功能。使用ENC28J60必须要开发者熟悉TCP/IP协议。W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100 以太网控制器。开发者不需非常要熟悉TCP/IP协议。只需要进行上位机的Socket 编程。所以我们选用W5100模块。

单片机模块

方案一：采用应用最广泛、最传统的8位C51系列单片机，C51系列单片机从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器，它的处理对象不是字或字节而是位。但传统的51系列也有很多不足之处，当晶振频率为12MHz时，系统时钟12分频后机器周期只有1μs，运行速度过慢，显然适应不了现代高速运行的需要。工作电压为5V，没有省电模式，功耗高等缺点。

方案二：采用以LPC2103为代表的RAM7系列单片机，LPC2103单片机内置PLL倍频功能，可将内核的频率升至70MHz，内部嵌入高速的Flash，拥有128位宽度储存器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。但是，RAM7系列单片机在内部资源相同的条件下价格昂贵，适合于在高端行业中使用。

方案三：采用MSP43F2616单片机，430单片机是TI公司推出的16位的、具有精简指令集的超低功耗单片机，MSP43F2616其内部自带12位的AD和DA，还有高达120Kfash存储区，4KARM存储区，2个SPI接口、4个串口等，其最大特点是可以在线编程和这样可以为编程者调试程序提供很大的便利。其低功耗特点非常适合用在对功耗要求非常严格的环境。

方案选择：从上面的介绍可知道：51单片机价格便宜但功能少，且没有低功耗模式。LPC2103价格高功耗大，MSP430不仅功能多、价格合适而且有低功耗模式完全符合系统设计需要，故我们选用MSP430作为控制器。

温湿度采集模块

方案一：淘宝网上买成品模块。店家会给相关资料及一些技术支持。但成本非常高。

方案二：自己购买温湿度传感器DHT11和TI公司温度传感器TMP121。网上关于这两种传感器的资料相当多，所以很容易驱动传感器正常工作。并且可以更具实际需要更加灵活的设计应用电路。

方案选择：通过比较论证我们选择方案二，成本低、系统设计灵活。

无线通信模块

方案一：XL24L01P-D01是采用挪威NORDIC公司的nrf24L01p 2.4G无线收发IC设计的一款高性能2.4G无线收发模块，采用GFSK调制，工作在2400-2483M 的国际通用ISM频段，最高调制速率可达2MBPS。XL24L01P-D01集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分，如：自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等，模块的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机的I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。通信距离开阔地100米左右。NRF24L01可以支持一对多的模式。

方案二：采用串口无线通信模块。RF1100-232无线收发模块，采用TI公司的高性能CC1101无线通信芯片，433MHz免费ISM频段免许可证使用，串口

232/485通讯方式，透明传输，应用简单无需编程即可使用，极大方便使用，提供多达256个信道，低功耗工作，直线传输距离可达200米。高抗干扰能力和低误码率，基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力。低功耗模块，最大发射功率10mW是一款低成本433MHz频段无线透传模块。

方案选择：方案一通信距离短、功耗相对较大、不易调试。方案二的串口数据传输非常方便我们在调试的时候观察数据，且通信距离更长、功耗更低。故我们选用方案二。

室内灯光控制模块、防盗模块、人数统计模块

方案一：直接在网上购买模块。

方案二：自己设计电路、组装调试。

方案选择：方案一成本高而且电路不能再次修改。方案二成本低，电路设计空间大。且对整个系统开发可以再次修改等。故我们选用方案二。