基于以太網維吾爾語家電控制系統設計

朱靜等

摘 要： 隨著物聯網與智能家居技術的迅速發展和深入應用，智能家居系統正朝著網絡化、信息化、智慧化方向發展。提出基于以太網維吾爾語智能家電控制系統的設計方案，該系統采用STM32F103VET6芯片作為主控板核心器件，結合以太網控制芯片 W5200及語音控制芯片WTV080，以嵌入式μC/OS?Ⅱ為開發平臺，通過搭建Web服務器實現客戶端的遠程控制。網頁控制界面采用漢語與維吾爾語雙語，旨在開發適合新疆少數民族使用的維文家電控制系統。

關鍵詞： 維吾爾語； 家電控制； 遠程控制； 智能家居系統

中圖分類號： TN702?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）18?0141?03

Abstract： With the rapid development and further application of Internet of Things and intelligent household appliance technologies， the intelligent household appliance system is developing towards networking， informatization and intelligence. The design scheme of Ethernet?based Uyghur control system for intelligent household appliances is proposed. STM32F103VET6 chip is taken as the core device of the main control board in this system. The remote control to client?side was realized by constructing Web server， taking the embedded μC/OS?II as the development platform， and combining Ethernet control chip W5200 and voice control chip WTV080. Two languages of Chinese and Uyghur are adopted in the webpage control interface to develop Uyghur control system for household appliances suitable for minority nationalities in Xinjiang.

Keywords： Uyghur； household appliance control； remote control； intelligent housing system

0 引 言

數字化、網絡化和信息化已經成為21世紀的重要特征，一個以網絡為核心的信息時代已悄然到來。網絡帶來的方便與快捷使得人們對生活環境提出了更高的要求，這也使得“智能住宅”、“家庭自動化”等技術越來越受人們的關注。通過網絡綜合管理家中的電器，可以創建一個優質、高效、便利的居住生活環境[1]。盡管目前從事網絡家電控制方面研究的人員比較多，但基于商業利潤的考慮，很少有人從少數民族語言出發而從事該方面的研究。本文主要目的是利用嵌入式、網絡技術和物聯網技術的新成果，研制開發適合新疆少數民族使用的，具有良好用戶交互的維文智能家電控制系統。

1 系統總體方案設計

為了方便用戶和設備的交互，該系統采用了B/S架構模式[2]。系統主要以控制板為核心，通過TCP/IP協議[3]，客戶端計算機建立Socket對控制板發出命令，控制板接收到發來的命令后，對命令進行解析，并執行相應的程序，從而控制相應的家電。系統總體方案設計如圖1所示。

控制板作為整個系統的核心器件，搭載了基于STM32F103VET6芯片[4]的CPU電路，負責協同家電控制、網絡、電源、下載、語音等多種事務。在總體的結構上，其基于芯片STM32F103VET6的系統連接示意圖如圖2所示。

2 系統硬件設計

基于STM32F103VET6芯片構建的控制板將包括若干模塊，如復位模塊、網絡模塊、供電模塊、語音模塊、數據模塊等，這些模塊都由應用軟件驅動。系統硬件驅動連接示意圖如圖3所示。

系統硬件包括STM32F103VET6處理器，LM2596S?3.3和LM2940S?5.0供電芯片，MAX706復位控制，W5200網絡模塊，繼電器家電控制，WTV080?16P和AT73C213語音播放，LMV834MT運放和TDA7266功放， JTAG，以及MAX3490ESA，MAX3232ESE和MAX3485ESA數據傳輸器件。

STM32F103VET6芯片處理器集成嵌入式FLASH和SRAM存儲器的ARM Cortex?M3內核。與8/16位設備相比，ARM Cortex?M3 32位RISC處理器提供了更高的代碼效率。STM32F103VET6微控制器帶有一個嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有ARM工具和軟件。LM2596S?3.3和LM2940S?5.0分別負責3.3 V和5.0 V的供電，MAX706芯片主要負責復位控制。

W5200網絡模塊主要任務是解析TCP/IP協議。繼電器家電控制主要通過I/O控制繼電器。WTV080?16P和AT73C213對語音進行播放，LMV834MT對語音進行放大，調節幅度，TDA7266對放大的語音進行放大播放。JTAG負責與JTAG調試器進行連接，完成程序的下載和燒寫[5]。MAX3490ESA，MAX3232ESE和MAX3485ESA分別實現RS 422，RS 232和RS 485通信的串口數據傳輸功能。

3 系統軟件設計實現

基于STM32F103VET6芯片的家電控制系統的軟件主要包括控制板負載的應用軟件和遠程控制網站2部分：控制板負載的應用軟件主要負責對客戶端發出的命令作出響應，完成對家電的控制；遠程控制網站主要負責將客戶端對家電的控制請求發送給對應的控制板。

3.1 控制板應用程序設計

3.1.1 移植μC/OS?Ⅱ操作系統

μC/OS?Ⅱ是一款免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統[6]。移植該操作系統作為控制板的主控程序，其主程序流程圖如圖4所示。

3.1.2 移植芯片的封裝函數庫

移植芯片所封裝的函數庫，包括中斷配置函數、備份寄存器函數、DMA處理函數、外部中斷函數、I/O處理函數、SPI處理函數、定時器處理函數、串口處理函數和I2S處理函數。

3.1.3 移植業務的應用程序

移植個別芯片的控制程序和業務的應用程序，并添加新的功能及完善代碼。其主要項目包括串口配置、接口配置、定時器配置、DMA處理串口數據配置、I/O初始化配置和語音處理。

3.1.4 通信協議

一個完整的接入層協議包由起始標志、接入層協議字段、數據包、校驗單元、結束標志5部分組成，見表1。

起始、結束標志表示一個完整協議包的起始或結束標志，長度為1 B，固定為ASCII字符“～”（0x7E），結束標志的內容與起始標志相同。

接入層協議字段格式如表2所示。

應用數據包是應用數據層協議的有效數據，格式如表3所示。

校驗單元對協議中從“目的地址”到“數據包”的內容進行校驗；根據通信包（從“協議類型”開始，計算到“數據單元”的最后一個字節）生成校驗值。校驗單元采用CRC校驗[7]，生成多項式為CCITT推薦的16位的x16+x12+x5+1（0x11021）。發送方根據通信包生成2 B的CRC檢驗（傳輸時低字節在前，高字節在后）；同樣，接收方收到完整的數據包后，根據通信包生成新的CRC檢驗值。如果所計算出的CRC值和收到的校驗值相同則表明該數據包有效，否則認為該包在傳輸的過程中產生了差錯。

3.2 遠程控制網站設計

3.2.1 網站架構

遠程控制網站架構的最底層是操作系統；第2層是MySQL數據庫系統，支持數據的儲存和操作；第3層是Glassfish Web服務層，通過網頁與服務器進行數據交換，同時通過HTTP協議與用戶瀏覽器進行數據交換；第4層是用戶層，面向最終用戶，通過用戶瀏覽器請求和Web服務器進行數據交換。網站架構的結構見圖5。

3.2.2 開發環境

Java EE（Java Platform，Enterprise Edition）是Oracle公司推出的企業級應用程序版本，能夠開發和部署可移植、健壯、可伸縮且安全的服務器端 Java 應用程序[7]。Java EE提供 Web 服務、組件模型、管理和通信 API，可以用來實現企業級的面向服務體系結構和 Web 2.0 應用程序。MySQL是一種關聯數據庫管理系統，關聯數據庫將數據保存在不同的表中，而不是將所有數據放在一個大倉庫內，這樣就增加了速度并提高了靈活性。由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點，一般中小型網站的開發都選擇MySQL作為網站數據庫[8]。Glassfish服務器是符合Java EE 6平臺規范的具體實現，是一款強健的商業兼容應用Web服務器，可免費用于開發、部署和重新分發[9]。

4 結 語

本文提出了基于物聯網維吾爾語家電控制系統設計方案，并實現了系統硬件和所需的軟件。基于維吾爾語而設計的網絡家電控制系統，旨在使廣大的維族同胞能夠享受互聯網所帶來的方便與快捷，開拓智能家電在新疆的市場需求，同時對新疆地區的信息化、經濟的快速發展也能起到一定的促進作用[10]。本系統有較大的優越性，具有廣闊的市場應用前景。

參考文獻

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