基于6lowpan的智能家电监测与控制系统设计与实现

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1、基于6LOWPAN的智能家电监测与控制系统设计与实现-电气论文基于6LOWPAN的智能家电监测与控制系统设计与实现魏燕达，周卫星（华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006）摘要：系统以Android智能手机为操作终端，IP网络为传输介质，使用STM32F107微处理器和集成射频功能在内的STM32W108微处理器构建嵌入式网关，网关通过网络物理芯片DP83848传输操作终端的控制或查询命令，利用6LOWPAN技术传输无线传感网络的无线数据包，实现对家电终端的远程监测和控制功能。该系统解决传统家居传感器节点与互联网信息融合的问题，实验测试结果表明，系统设

2、计合理，具有良好的可行性，有一定的应用价值和前景。关键词：无线传感器网络；智能家电；6LOWPAN；STM32；Android中图分类号：TN919.2?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）14?0101?04收稿日期：2015?01?25基金项目：广东省工业高新技术领域科技计划项目（2013B010401023）0引言现代社会提倡节能减排，人们不良的用电习惯往往带来不必要的浪费。这就需要能够对各类用电器进行监测和控制的系统。智能家居在传统的家居环境中引入自动化控制等技术，可以解决以上问题，但是布线复杂，价格昂贵[1?2]。而物联网是当今学术

3、和应用研究的热点之一，接入互联网需要专用的适配器[3?4]，6LOWPAN技术的提出，将IP网络扩展到无线传感器网络成为可能[5]。本文将物联网技术运用到家电系统，在不改变旧式家电的基础上，提出在灯座插线增加转接器的非侵入低成本手段，该转换器利用6LOWPAN网络协议搭建低功耗的无线传感网络，实现对家电终端的远程监测和控制功能。1系统方案设计基于6LOWPAN的智能家电监测与控制系统框架图如图1所示，系统由手持客户终端、嵌入式网关、IPv6无线传感器网络主智能节点和从转换器节点等部分构成。手持客户终端采用Android手机，安装开发的APP软件就能通过互联网远程监

4、测和控制家电；嵌入式网关提供互联网访问服务和转发无线传感器网络指令的功能，负责接收手机发来的指令，并将其转换为无线传感器网络可识别的指令以及转发到对应的智能节点上。网关采用STM32W108和STM32F107双核处理器方案，STM32W108处理无线传感器网络的6LOWPAN数据，STM32F107处理互联网数据。嵌入式网关是整个系统的核心，担任数据格式转换和转发工作，需要很强的可靠性和稳定性[6]。无线传感器网络由主节点和从节点组成，主节点作为嵌入式网关与从节点之间数据传输的路由器，从节点嵌入到家电中，监测和控制家电状态。2硬件电路设计该系统采用Android

5、智能手机作为客户端；嵌入式网关的STM32F107与STM32W108处理器之间通过Uart接口连接；网络物理层芯片采用DP83848；IPv6无线传感网络所有节点采用都是STM32W108处理器。嵌入式网关和IPv6无线传感网络的无线收发模块采用的都是STM32W108内部自带的RF模块，外接一个陶瓷天线构成。硬件总体框架图如图2所示。2.1无线传感器网络IPv6无线传感网络拓扑结构如图3所示。主节点“R”和从节点“N”都采用STM32W108处理器，不同之处在于节点“N”比节点“R”增加传感器和控制电路模块。STM32W108是意法半导体（ST）公司推出的一个

6、完全集成的系统级芯片，该芯片集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz收发器、32位ARMCortex?M3微处理器、FLASH闪存、RAM储存器和其他通用外设。在保持低功耗的基础上，采用32位ARMCortex?M3内核，它有别于其他的816位处理器，其提供更强大的处理能力，并有广泛的ARM开发工具，群体支持；芯片内部带有功率放大器，发射输出功率可达7dBm，无需外部功放就可以获得较远的通信距离[7]。2.2嵌入式网关嵌入式网关主要由STM32F107，STM32W108和DP83848三部分电路模块构成。STM32F107也是由ST公司推出全新SMT3

7、2互联型系列控制器中的一款性能较强的产品，此芯片集成各种共性能工业标准接口，并且STM32F10X不用型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。此芯片的标准外设包括10个定时器，2个12位A/D，2个12位D/A，2个I2C接口，5个USART接口，3个SPI接口，高质量数字音频接口I2S。另外拥有全速USB（OTG）接口，2个CAN2.0B接口和10M/100M以太网MAC模块。STM32F107内部自带以太网模块，以及嵌入式网关无需用户显示界面，不需要性能很高的处理器，所以选用性价比较好的STM32F107处理器。DP83848是美国国家

8、半导体（N