引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/307738.htm在真正的物聯網智能家居系統中，不應當再按功能劃分為各個獨立的抄表網、環境網、電控網、安防網等，而只是按傳輸接口形式和信息流的走向，融合為感知/控制子網。對於具有多主競爭總線接口的模塊(如CAN、ZigBee等)，融合為感知/控制子網;而對眾多僅具單主總線的RS-485模塊，則按信息流的流向，融合成循環檢測的感知子網和點控的控制子網。NXP Cortex-M3/M0系列ARM微處理器的優異性能，低廉的價格為這樣的設計開發提供了良好的條件。
1 系統體系結構
物聯網智能家居系統如圖1所示，它實際上是一個分布式測控系統。
它的上層管理網是乙太網，用於在廣闊的網際網路範圍內信息共享，其上連接有各種管理、存儲及遠程控制設備。
它的下層，不再以功能(環境、抄表、安防、電控等)切割分塊，而是按信息流走向整合形成感知/控制網。感知網以多主或輪詢的方式向上傳送信息，而控制網則可採用一主多從方式向下傳送控制命令。
在感知/測控網中，按媒體連接型式則有RS-485總線網、CAN總線網、ZigBee總線網、WiFi總線網等。
連接上、下層的是多個嵌入式通信伺服器。通信伺服器是智能家居中的核心模塊，它在整個智能家居系統中不僅起到了上下信息傳遞的作用，而且進行數據融合、分類以及安全管理，是感知網的管理主機。
2 嵌入式通信伺服器
嵌入式通信伺服器是智能家居中的核心模塊，選用的是NXP公司Cortex-M3系列中的LPC1768處理器。LPC1768處理器是一個低功耗，具有強大功能的32位ARM晶片。
LPC1768單片機內部包含有一個功能齊全的10/100Mbps乙太網RMII接口控制器，它可以通過RMII接口(通常簡化為媒體獨立接口MID外接一個物理接口收發器(PHY)，再接上網絡變壓器和RJ-45接口，就組成了一個完整的乙太網通信接口，如圖2所示。
PHY晶片選用美國國家半導體公司的DP83848，這是10/100 Mbps單路物理層器件功能，用於為LPC1768晶片提供物理層接口。
乙太網MAC，通過RMII接口與片外PHY相連。如圖2所示，LPC1768的乙太網模塊使用RMII(簡化MII的媒體獨立接口)來連接外部PHY晶片(DP83848)。其中有8根RMII的串行數據總線，還有2根MIIM(媒體獨立接口管理)接口管理控制線，從而實現與片外乙太網PHY之間的連接。DP83848的復位信號可以共用LPC1708的復位信號。
乙太網RMII的引腳信號如下：
①ENET_TX_EN為輸出發送數據使能;
②ENET_TXD[1：0]為輸出發送數據，2位;
③ENET_RXD[1：0]為輸入接收數據，2位;
④ENET_RX_ER為輸入接收錯誤;
⑤ENET_CRS為輸入載波偵聽/數據有效;
⑥ENET_REF_CLK/ENET_RX_CLK為輸入參考時鐘用於外部PHY的媒體獨立接口管理(MIIM)的信號;
⑦ENET_MDC為輸出MIIM時鐘;
⑧ENET MDIO為輸入/輸出MI數據輸入和輸出。
DB83848通過TD+、TD-、RD+、RD-經隔離變壓器、RJ-45口輸出，L-、R-驅動LED，指示輸入、輸出狀態。
3 CAN接口及CAN感知網
在智能家居中採用CAN感知/控制子網，這裡面有CAN-乙太網關、CAN路由器、CAN感知/控制模塊。由於CAN-乙太網關和CAN路由器需要乙太網控制器(MAC)和2個CAN控制器，所以CAN-乙太網關、CAN路由器均由Cortex—M3的LPC1768來承擔，而CAN感知/控制模塊則由Cortex—M0的LPC11C12/24來承擔。
3.1 CAN-乙太網關、CAN路由器
如圖3所示，LPC1768內部集成有CAN控制器，外接CAN收發器就構成了嵌入式通信伺服器的CAN通信接口，所以能很方便地構成以太-CAN網關。又由於LPC1768內部集成有2個CAN控制器，因而它支持2個CAN子網，能很方便地構成CAN路由器。
LPC1768的CAN控制器支持控制區域網(CAN)，提供了一個完整的CAN協議(遵循CAN規範V2.0B)實現方案，因而它能很方便地兼容/混用過去的SJA1000 CAN系統。
3.2 CAN總線感知/控制模塊
CAN感知/控制模塊均選用基於Cortex—M0的LPC11C14/24。LPC11C14內部集成有一個CAN控制器，而LPC11C24是在LPC11C14的基礎上集成了一個CAN收發器TJF1051。採用LPC11C14/24比過去採用51單片機+TJF1050+SJA1000方式，不僅性能大大提高，而且佔用PCB板面積大大減小，晶片材料成本減少了40%。
新舊系統混用最好都採用同樣的CAN收發器。由於原CAN系統中CAN收發器晶片採用的是TJF1050，而TJF1051是與TJF1050高度兼容，因而以LPC11C14/24構成的CAN模塊和採用51單片機+TJF1050+SJA1000的CAN模塊高度兼容/混用。
4 RS-485接口及RS-485感知網
在原智能家居系統中有不少的感知網採用RS-485總線，而且採用的是80C51系列的9位多機通信方式。在新系統中選用Cortex—M0/M3後，也完全可兼容/混用原系統。LPC 11C14的CAN接口如圖4所示。
4.1 LPC812M101FDH20的感知/控制網從機模塊
LPC812M101FDH20是NXP Cortex—M0系列中的20引腳廉價晶片，它有16K快閃記憶體、4K SRAM和3個串口。如圖5所示，LPC812M101FDH20通過開關矩陣分配引腳充當U0/U2/U3_TX D、U1/U2/U3_RXD、U1/U2/U3_RTS，連接MAX485即構成了RS-485通信接口。在軟體中，通過CFG配置寄存器的第3、2位設置成10(9位通信模式)，這就成了兼容於MCS-51的多機通信方式(即可進行軟體地址檢測和收發器方向控制的RS-485通信)。
由於LPC800系列微處理器串口的9位通信方式中的第9位僅能進行奇偶校驗設置，不能人為設置1/0(地址/數據)，所以它只能在RS-485感知/控制網中充當從機。
在充當從機使用中，先要將USART CTRL寄存器第2位(ADDRDET使能地址檢測模式)設置為1，這時僅對主機發來的地址數據，產生一個接收數據中斷。軟體隨後便檢查接收地址數據，判斷是否是本機地址。如果是，則軟體會清零ADDRDET位，所有後續輸入數據均會被正常接收處理。在一次輪詢應答響應完後，再將USARTCTRL寄存器第2位(ADDRDET使能地址檢測模式)設置為1，等待下次輪詢本機。
LPC800的串口由於在設置波特率時，還可使用小數分頻器，使其在各種晶振下均能獲得精準波特率;同時，它採用3次採樣接收，接收數據是3個樣本「投票」中的2個，當有1個樣本與其他不同時，會將USART狀態寄存器第「15」位設置狀態標誌(接收噪聲中斷標誌)，從而大大降低了誤碼率。
4.2 LPC1768的感知/控制網主機模塊
RS-485感知/控制網中的主機通常都是嵌入式通信伺服器，所以選用Cortex—M3系列中的LPC1768作為感知/控制網中的主機。LPC1768雖有4個串口，但只有UART1具有RS-485模式。在這個模式中有3個專門用於RS-485通信的寄存器(控制寄存器、地址匹配寄存器、延時值寄存器)。
作為主機在輪詢發送時，首先要將LPC1768的U1LCR線控制寄存器的1、0位設置成11(8位字符長度，相當於MCS-51的9位數據長度含TB8/RB8的通信);再視所發送的是輪詢從機的地址還是數據，將U1LCR線控制寄存器第5、4位設成10(將第9奇偶校驗位強制為1地址)，或設成11(將第9奇偶校驗位強制為0數據)。
作為主機在接收時，不再需要對自身地址匹配，所有的數據都必須接收。
通過U1RS485DLY延時值寄存器，可設置發送完最後一個停止位(移出TXFIFO)和DTR轉為接收信號之間的延時(0～255個波特率時鐘周期)。
5 ZigBee及WiFi接口
通過SPI接口，接入CC2530就構成了ZigBee接口。通過SPI接口，接入WiSmart EC32L12模塊就構成了WiFi接口。
結語
採用NXP Cortex—M3/M0系列微處理器開發物聯網智能家居系統，有以下幾大優點：
①新系統的感知/控制網是32位系統，性能得到了極大地提高;
②Cortex—M3/M0系列ARM微處理器中都有一定的ROM API庫，加塊了開發速度，也減少了開發成本。
③集成度高，並有開關矩陣定義引腳，從而大大提高了硬體的適應性。
④智能家居24小時工作不斷電，Cortex—M3/M0微處理器超低功耗設計，使新系統的待機功耗僅為舊系統的20%。