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智能家居基于Cortex-M3/M0的感知与控制子网设计

发布时间:2019-05-21 16:01 来源:未知 编辑:admin

  系统中,不应当再按功能划分为各个独立的抄表网、环境网、电控网、安防网等,而只是按传输接口形式和信息流的走向,融合为感知/控制子网。对于具有多主竞争总线接口的模块(如CAN、ZigBee等),融合为感知/控制子网;而对众多仅具单主总线模块,则按信息流的流向,融合成循环检测的感知子网和点控的控制子网。NXP/M0系列ARM微处理器的优异性能,低廉的价格为这样的设计开发提供了良好的条件。

  它的上层管理网是以太网,用于在广阔的互联网范围内信息共享,其上连接有各种管理、存储及远程控制设备。

  它的下层,不再以功能(环境、抄表、安防、电控等)切割分块,而是按信息流走向整合形成感知/控制网。感知网以多主或轮询的方式向上传送信息,而控制网则可采用一主多从方式向下传送控制命令。

  在感知/测控网中,按媒体连接型式则有RS-485总线网、CAN总线网、ZigBee总线网、WiFi总线网等。

  连接上、下层的是多个嵌入式通信服务器。通信服务器是智能家居中的核心模块,它在整个智能家居系统中不仅起到了上下信息传递的作用,而且进行数据融合、分类以及安全管理,是感知网的管理主机。

  嵌入式通信服务器是智能家居中的核心模块,选用的是NXP公司Cortex-M3系列中的LPC1768处理器。LPC1768处理器是一个低功耗,具有强大功能的32位ARM芯片。

  LPC1768单片机内部包含有一个功能齐全的10/100Mbps以太网RMII接口控制器,它可以通过RMII接口(通常简化为媒体独立接口MID外接一个物理接口收发器(PHY),再接上网络变压器和RJ-45接口,就组成了一个完整的以太网通信接口,如图2所示。

  PHY芯片选用美国国家半导体公司的DP83848,这是10/100 Mbps单路物理层器件功能,用于为LPC1768芯片提供物理层接口。

  以太网MAC,通过RMII接口与片外PHY相连。如图2所示,LPC1768的以太网模块使用RMII(简化MII的媒体独立接口)来连接外部PHY芯片(DP83848)。其中有8根RMII的串行数据总线根MIIM(媒体独立接口管理)接口管理控制线,从而实现与片外以太网PHY之间的连接。DP83848的复位信号可以共用LPC1708的复位信号。

  如图3所示,LPC1768内部集成有CAN控制器,外接CAN收发器就构成了嵌入式通信服务器的CAN通信接口,所以能很方便地构成以太-CAN网关。又由于LPC1768内部集成有2个CAN控制器,因而它支持2个CAN子网,能很方便地构成CAN路由器。

  LPC1768的CAN控制器支持控制局域网(CAN),提供了一个完整的CAN协议(遵循CAN规范V2.0B)实现方案,因而它能很方便地兼容/混用过去的SJA1000 CAN系统。

  在原智能家居系统中有不少的感知网采用RS-485总线位多机通信方式。在新系统中选用CortexM0/M3后,也完全可兼容/混用原系统。LPC 11C14的CAN接口如图4所示。

  由于LPC800系列微处理器串口的9位通信方式中的第9位仅能进行奇偶校验设置,不能人为设置1/0(地址/数据),所以它只能在RS-485感知/控制网中充当从机。

  在充当从机使用中,先要将USART CTRL寄存器第2位(ADDRDET使能地址检测模式)设置为1,这时仅对主机发来的地址数据,产生一个接收数据中断。软件随后便检查接收地址数据,判断是否是本机地址。如果是,则软件会清零ADDRDET位,所有后续输入数据均会被正常接收处理。在一次轮询应答响应完后,再将USARTCTRL寄存器第2位(ADDRDET使能地址检测模式)设置为1,等待下次轮询本机。

  LPC800的串口由于在设置波特率时,还可使用小数分频器,使其在各种晶振下均能获得精准波特率;同时,它采用3次采样接收,接收数据是3个样本“投票”中的2个,当有1个样本与其他不同时,会将USART状态寄存器第“15”位设置状态标志(接收噪声中断标志),从而大大降低了误码率。

  RS-485感知/控制网中的主机通常都是嵌入式通信服务器,所以选用CortexM3系列中的LPC1768作为感知/控制网中的主机。LPC1768虽有4个串口,但只有UART1具有RS-485模式。在这个模式中有3个专门用于RS-485通信的寄存器(控制寄存器、地址匹配寄存器、延时值寄存器)。

  作为主机在轮询发送时,首先要将LPC1768的U1LCR线位字符长度,相当于MCS-51的9位数据长度含TB8/RB8的通信);再视所发送的是轮询从机的地址还是数据,将U1LCR线(将第9奇偶校验位强制为0数据)。

  通过U1RS485DLY延时值寄存器,可设置发送完最后一个停止位(移出TXFIFO)和DTR转为接收信号之间的延时(0~255个波特率时钟周期)。

  采用NXP CortexM3/M0系列微处理器开发物联网智能家居系统,有以下几大优点:

  ②CortexM3/M0系列ARM微处理器中都有一定的ROM API库,加块了开发速度,也减少了开发成本。

  ④智能家居24小时工作不断电,CortexM3/M0微处理器超低功耗设计,使新系统的待机功耗仅为旧系统的20%。

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