原理概述

整个系统由三部分组成：手机控制终端，ARM控制中心，智能插座节点。项目设计的核心在于节点智能插座的设计。

如图所示为系统的总体组成框图，其基本的工作原理是这样子的：手机控制终端可以显示和控制家庭内部设备的运行状态；ARM是控制中心，与手机终端进行数据交互，发送控制信息给相应的控制节点； STM32控制的智能插座节点负责对家庭各个节点进行控制。手机终端与ARM控制核心通过以太网进行数据交互，ARM控制核心与STM32控制节点通过ZIGBEE进行数据交互。系统利用现有的网络通信技术、无线组网技术、以及嵌入式和安卓平台的开发。

系统原理框图

硬件设计原理

系统的硬件平台主要是节点智能插座的硬件平台以及ARM控制中心的硬件平台。

智能插座作为网络的重要的控制节点，在系统中负责驱动各个模块的工作，是桥接家居网络与无线网络的桥梁，。节点智能插座由电量检测模块、学习型红外模块、ZigBee模块、GSM短信报警模块、环境传感器以及继电器插座模块组成。其中控制器选用的ST公司的M3内核的ARM处理器STM32103RBT6，ZigBee模块设计应用到了TI公司的ZigBee芯片CC2530。学习型红外发射电路中应用到了TI的定时器芯片NE555，产生提供稳定可靠的红外载波。GSM短信报警模块选常用SIM900A设计而成。

ARM控制平台：桥接ZigBee网络与WIFI无线通信网络的桥梁，负责数据的中转传输，同时作为控制平台，在ARM的操作界面上也能实现对家电的控制。ARM控制器选用三星的ARM9处理器，外设连接有TI公司的ZigBee模块以及WIFI模块。

智能插座硬件组成框图

ARM控制中心硬件组成

将各个模块封装完成后，设计系统板将所有模块整合在一起。系统板的原理图如图

系统板原理图

软件设计原理

软件设计部分包括节点智能插座中模块的驱动程序设计、ARM控制驱动程序以及安卓APP开发。

首先，系统程序的编写主要由以下几个模块组成，即Zigbee模块驱动，温度传感器驱动，湿度传感器模块，GSM模块驱动，插座驱动，可调灯驱动，测电量模块驱动，学习型红外驱动等。

其次手机客户端程序的设计。由于Android操作系统存在开源、自由的特点，并且Android操作系统在目前智能手机市场占有率高，价格相对便宜，因此主要介绍在Android智能手机上的智能插座应用程序设计和实现。设计是使用Ecilpse+SDK+ADT开发环境，基于Android API Level 8开发，应用程序使用低版本的API进行设计，以便更高版本的设备都能与它兼容。由此开发出来的程序目前兼容市面上大部分的Android智能手机。Android智能手机上的智能插座应用程序主要实现了以下功能：通过Wi-Fi与ARM板上的串口设备进行连接、控制更改设置开关状态、设置情景模式，以多种形式展示家居插座运行数据，包括温度，湿度，电量信息、实现红外学习发送、短信控制等。该系统设计有用户友好的界面。

驱动控制总体流程

驱动程序框架

手机软件构架

数据采集功能实现

网页服务器设计流程

后台视频监控程序

智能插座节点用于对家用电器的实际控制，可对控制端发送的数据作出响应，如图所示：    

图1智能插座节点实物图

ARM控制中心接受控制指令，传送给STM32节点，并具备有视频监控的功能，如图所示：

图2 ARM控制中心硬件实物

手机登陆界面，可以用于用户验证，填写用户名、密码等信息。使用Wi-Fi无线网络登录至ARM控制中心，如图3所示：

图3手机终端登录界面

功能界面如下图4所示，选择相应功能会跳转到对应控制界面：

图4手机终端功能选择界面

红外控制界面，可进行模式切换，按键备注更改。学习模式下发送学习命令，等待学习到的数据返回，收到数据后进行存储数据。控制模式下，发送数据控制指令。如下图5所示：

图5 红外控制界面

在插座控制界面，按下开关更改其状态，并发送控制命令，可以触发开关关断，如图6所示：

图 6 插座控制界面

可调灯界面如图7所示，滑动滑块到对应的位置发送对应的数据，使STM32控制可调灯输出PWM波，改变可调灯的亮度：

图 7 可调灯控制界面

情景模式按下后则切换到相应模式下，对于控制节点，会产生相应动作。如图8所示：

图 8 情景模式

网页登陆界面如图9所示，将PC机使用网络连接到ARM控制中心后，开启浏览器可进入登录界面：

图 9 网页登录界面

网页照明灯控制界面如图10所示，其控制方式和手机终端实现功能基本上一致： 

图 10 网页照明灯控制界面

网页视频监控如图11所示，实现了视频监控画面的放大、缩小和播放、停止的功能，测试功能可用：

图 11 网页视频监控界面