淺談在高職教課改中基于STM32智能家居設(shè)計(jì)探索

喬大偉 QIAO Da-wei；王丹丹 WANG Dan-dan

（山東輕工職業(yè)學(xué)院，淄博 255300）

（Shandong Vocational College of Light Industry，Zibo 255300，China）

0 引言

上個世紀(jì)微軟公司提出了“Venus plans”從而引發(fā)中國智能家居概念。目前，在物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展新時期，智能家居行業(yè)具有巨大開發(fā)潛力。[1]在高等職業(yè)學(xué)校中主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺依舊是8位內(nèi)核的51類單片機(jī)。8位單片機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單，易于理解和操作的特點(diǎn)深入人心。STM32具有運(yùn)算速度非?？?，F(xiàn)LASH、RAM容量大，能操作SD卡等很多優(yōu)勢。在此，選取具有巨大開發(fā)潛力智能家居行業(yè)，通過利用STM32位單片機(jī)配合編制的相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)智能家居的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)一個低端實(shí)用的智能家居系統(tǒng)，在整個搭建過程中講授STM32的相關(guān)知識點(diǎn)，從而嘗試探索新的職教課改之路。

1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則：本課題的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)一個簡單的智能家居系統(tǒng)，能夠在普通家庭中得到應(yīng)用，因此在設(shè)計(jì)的時候遵循以下原則：①簡單實(shí)用；②價格低廉；③穩(wěn)定耐用；④可擴(kuò)展性。文章所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)由單片機(jī)和各種外設(shè)組成。單片機(jī)作為核心的處理芯片，通過其內(nèi)部的豐富的接口，連接外圍設(shè)備，外圍器件通過輸入信號或輸出信號與實(shí)際的控制物品相連。其架構(gòu)如圖1所示。

從控制的方式上來看，系統(tǒng)框架分為本地控制單元和遠(yuǎn)程控制單元。本地控制單元的設(shè)計(jì)思路是通過接入觸摸屏，由觸摸屏上的人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計(jì)思路可以通過架設(shè)Web服務(wù)器，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄網(wǎng)頁，來控制系統(tǒng)接入的外設(shè)，也可以通過GSM模塊，由移動終端通過短信的方式來控制。從功能上大致分為報警傳感器（溫度，濕度，火警，煤氣）、家電控制、開關(guān)控制，燈光控制，家庭安全監(jiān)控。

圖1 智能家居系統(tǒng)框架

2 無線照明控制模塊設(shè)計(jì)示例

無線照明在教學(xué)中是一個入門的很好經(jīng)典實(shí)例，雖然還沒有用到協(xié)議棧，但它具有數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和用協(xié)議棧，而且代碼容易學(xué)習(xí)，如果把這個模塊掌握了，到后面的協(xié)議棧就比較方便學(xué)習(xí)。在此需要掌握ZigBee有關(guān)內(nèi)容，ZigBee節(jié)點(diǎn)所屬類別主要分三種，分別是協(xié)調(diào)器、路由器、終端。同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個協(xié)調(diào)器，也只能有1個協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個節(jié)點(diǎn)16位地址分配（自動分配）。理論上可以連上65536個節(jié)點(diǎn)，組網(wǎng)方式千變?nèi)f化。BasicRF軟件文件中主要內(nèi)容有三部分，如圖2所示。

圖2 BasicRF軟件文件夾框架

圖3 軟件設(shè)計(jì)框架圖

講授思路簡要敘述如下：

2.1 工程文件介紹

docs文件夾：主要內(nèi)容是介紹BasicRF的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及使用，閱讀這個文檔就可以做Basic RF里面的實(shí)驗(yàn)了。

Ide文件夾：打開文件夾后會有三個文件夾，及一個cc2530_sw_1.eww工程，其中這個工程是三個實(shí)驗(yàn)例程工程的集合，期中包含無線點(diǎn)燈的實(shí)驗(yàn)工程。在IAR軟件環(huán)境中打開，在workspace看到IdeSettings文件夾：是在每個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的文件夾里面都會有的，它主要保存有學(xué)生自己的IAR環(huán)境里面的設(shè)置。

source文件夾：打開文件夾里面有apps文件夾和components文件夾；

Sourceapps文件夾：存放BasicRF三個實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的源代碼。

Sourcecomponents文件夾：包含著BasicRF的應(yīng)用程序使用不同組件的源代碼；在介紹Basic RF之前，來看看這個實(shí)驗(yàn)例程設(shè)計(jì)的大體結(jié)構(gòu)，如圖3所示Basic RF例程的軟件設(shè)計(jì)框圖，Hardware layer放在最底，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。Hardware Abstraction layer它提供了一種接口來訪問TIMER，GPIO，UART，ADC等。這些接口都通過相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.2 啟動

①確保外圍器件沒有問題。②創(chuàng)建一個basicRfCfg_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并初始化其中的成員。③調(diào)用basicRfInit（）函數(shù)進(jìn)行協(xié)議的初始化，在basic_rf.c代碼中可以找到uint8 basicRfInit（basicRfCfg_t*pRfConfig）。

函數(shù)功能：對Basic RF的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化，設(shè)置模塊的傳輸通道，短地址，PAD ID。

2.3 發(fā)送

①創(chuàng)建一個buffer，把Payload放入其中。②調(diào)用basicRfSendPacket（）函數(shù)發(fā)送，并查看其返回值。pPayload指向發(fā)送緩沖區(qū)的指針length發(fā)送數(shù)據(jù)長度函數(shù)功能：給目的短地址發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)，發(fā)送成功剛返回SUCCESS，失敗則返回FAILED。

2.4 接收

①上層通過basicRfPacketIsReady（）函數(shù)來檢查是否收到一個新數(shù)據(jù)包在basic_rf.c中可以找到uint8 basicRfPacketIsReady（void）函數(shù)功能：檢查模塊是否已經(jīng)可以接收下一個數(shù)據(jù)，如果準(zhǔn)備好剛返回TRUE。②調(diào)用basicRfReceive（）函數(shù)，把收到的數(shù)據(jù)復(fù)制到buffer中。代碼可以在basic_rf.c中可以找到uint8 basicRfReceive（uint8*pRxData，uint8 len，int16*pRssi）。

2.5 light_switch.c部分代碼及解釋

第 22～23行：關(guān)閉WeBee底板的LED2，開LED1。由于WeBee設(shè)計(jì)的LED電路是低電平點(diǎn)亮的，與TI不同，更符合以前學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的習(xí)慣，所以halLedSet（）置1是使燈熄滅。第26～27行：選擇其中的一行，并把另外一行屏蔽掉；一個是實(shí)現(xiàn)發(fā)射按鍵信息的功能，另一個是接收按鍵信息并改變LED狀態(tài)的功能。

3 總結(jié)

當(dāng)前在高職教育課程改革中眾多的老師和學(xué)生在共同探索一條可以終身學(xué)習(xí)之路，讓學(xué)生們學(xué)以致用，以技能培養(yǎng)為學(xué)生學(xué)習(xí)的主旨、以設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目作為學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的重點(diǎn)，老師重在引導(dǎo)學(xué)生，與學(xué)生一起去探索，把職業(yè)和教育融為一體，拓展職業(yè)教育的外延，向著終身教育發(fā)展。

[1]葛年明等.基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012（17）.

[2]蔣立兵.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā).

[3]李文仲，段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)戰(zhàn)，2007.