基于IPv6的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于IPv6的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：智能家居系統(tǒng)綜合利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)限制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的集中管理，同時(shí)為用戶供應(yīng)遠(yuǎn)程限制的功能，從而運(yùn)用戶能夠在千里之外了解家電設(shè)備的工作狀態(tài)，并對(duì)家電設(shè)備的工作方式進(jìn)行限制。然而由于基于IPv4的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的地址位寬的限制，路由效率等問(wèn)題，正阻礙著智能家居系統(tǒng)的推廣。IPv6技術(shù)的出現(xiàn)，很好解決了上述的問(wèn)題。本文對(duì)基于IPv6技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中如何開展智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行探討，分析和總結(jié)IPv6技術(shù)中支持智能家居系統(tǒng)的一系列新特性，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，給出一套基于IPv6技術(shù)的智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：IPv6智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備RIPng中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9416（2014）03-0134-04在進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，首先須要確保滿意家庭的實(shí)際功能需求，充分利用現(xiàn)有的技術(shù)條件，并在滿意功能需求的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)谋３挚隙ǖ那罢靶裕灾С窒到y(tǒng)將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)展性。1智能家居系統(tǒng)架構(gòu)基于IPv6技術(shù)進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是利用IPv6協(xié)議所供應(yīng)的海量的地址空間，可以將系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，從而使得網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，且全部的家電設(shè)備能夠與用戶終端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的干脆通訊，降低系統(tǒng)對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備的依靠。用戶終端可以是安裝了智能家居客戶端的電腦和智能手機(jī)設(shè)備。用戶通過(guò)智能家居客戶端所供應(yīng)的用戶界面進(jìn)行各類信息的查看和家電設(shè)備的限制等操作。家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備是遠(yuǎn)程用戶終端在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一個(gè)本地代理設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家電設(shè)備的本地化管理功能和對(duì)全部數(shù)據(jù)包的路由功能。各類家電設(shè)備安裝了限制模塊的家電設(shè)備，可以運(yùn)行經(jīng)過(guò)裁剪的IPv6協(xié)議，從而使得家電設(shè)備能夠通過(guò)以太網(wǎng)與家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶終端設(shè)備進(jìn)行通訊。2智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備是系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，該設(shè)備作為用戶終端設(shè)備的一個(gè)本地代理，負(fù)責(zé)者系統(tǒng)中的各類家電設(shè)備的管理以及用戶終端設(shè)備與家電設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互的路由功能。2.1操作系統(tǒng)的選定目前嵌入式系統(tǒng)中所常用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有兩類，分別是VxWorks和嵌入式Linux。這兩個(gè)操作系統(tǒng)中，VxWorks系統(tǒng)內(nèi)核目前還不支持IPv6協(xié)議，因此須要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行改造，這一工作不僅技術(shù)難度高，同時(shí)購(gòu)買內(nèi)核源碼的費(fèi)用也相當(dāng)可觀，不適合本課題的探討。而嵌入式Linux系統(tǒng)集成了豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，支持多種平臺(tái)，并采納了模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，而且集成了IPv6協(xié)議，同時(shí)嵌入式Linux還是個(gè)開源的系統(tǒng)，能夠便利的進(jìn)行相關(guān)代碼的修改，各類相關(guān)學(xué)習(xí)和探討資料也豐富。因此，Linux系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。本課題的探討中選擇了嵌入式Linux作為家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備的操作系統(tǒng)平臺(tái)。2.2IPv6的實(shí)現(xiàn)在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的net/IPv6書目和include/net/IPv6.h頭文件中，存放了嵌入式Linux系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)IPv6協(xié)議所需的全部代碼。在實(shí)現(xiàn)中IPv6是在IPv4的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，因此兩種具有很大程度上的共性。在IPv6中的數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程可以形成三種方式，數(shù)據(jù)包可以通過(guò)三種方式中的任何一種進(jìn)行傳輸。本地傳輸層所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)包通過(guò)ip6_xmit接口進(jìn)行傳輸，通過(guò)一系列中間環(huán)節(jié)的處理后，最終到達(dá)ip6_output_finish，完成發(fā)送處理。本地網(wǎng)卡所接受到的數(shù)據(jù)交給ipv6_rcv接口后起先進(jìn)行接收處理。3網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制具體設(shè)計(jì)3.1路由機(jī)制具體設(shè)計(jì)RIPng路由機(jī)制擁有IGP的優(yōu)勢(shì)，是一種解決IPv6網(wǎng)絡(luò)中的路由問(wèn)題的首選方案，具有無(wú)限的潛力。面對(duì)IPv6的RIPng路由協(xié)議在繼承了RIPv1和RIPv2協(xié)議主要特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些改進(jìn)。所作的改進(jìn)內(nèi)容主要集中在信息格式以及地址相關(guān)方面，主要可以概括為以下三個(gè)方面。（1）RIPng中路由消息傳輸?shù)耐ㄐ哦丝谟稍人\(yùn)用的520端口修改為521端口。（2）由于在IPv6中對(duì)地址空間進(jìn)行了擴(kuò)展，因此在RIPng的消息格式中，地址空間也由32位擴(kuò)展到了128位，且去掉了子網(wǎng)掩碼字段。（3）RIPng中借助IPv6的平安機(jī)制來(lái)確保路由信息更新的平安性和保密性，因此無(wú)需再設(shè)計(jì)其他平安操作。RIPng路由功能的實(shí)現(xiàn)可以劃分為6個(gè)功能模塊，如（圖1）所示。路由操作的過(guò)程可以描述為：（1）啟動(dòng)RIPng；啟動(dòng)RIPng過(guò)程中主要完成一系列的初始化操作，包括初始化路由表，初始化接口列表，初始化訪問(wèn)列表，初始化前綴列表，以及重定向路由匹配原則和為各個(gè)相關(guān)的吩咐指定相應(yīng)的接口函數(shù)，并生產(chǎn)RIPng所須要的接口。（2）輸入管理；輸入管理過(guò)程主要是對(duì)UDP端口進(jìn)行監(jiān)聽，并對(duì)接收到的包進(jìn)行讀取，然后辨別接收到數(shù)據(jù)包的類型，分別進(jìn)行相應(yīng)的懇求處理和響應(yīng)處理。（3）輸出管理；輸出管理主要負(fù)責(zé)對(duì)路由的周期更新以及觸發(fā)更新等進(jìn)行處理，發(fā)送相應(yīng)的路由更新包。在路由更新包中，目的地址設(shè)為本地的多播地址，即面對(duì)本地局域網(wǎng)內(nèi)的全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送。（4）路由處理；路由處理中主要負(fù)責(zé)對(duì)本地的路由表進(jìn)行維護(hù)和更新。在路由處理中會(huì)對(duì)接收到的路由響應(yīng)包進(jìn)行解析，從路由響應(yīng)包中提取出相應(yīng)的RTE信息，并將該RTE與本地路由表中所存放的RTE進(jìn)行比對(duì)，從而對(duì)路由記錄進(jìn)行更新，對(duì)新發(fā)覺的路由記錄進(jìn)行添加，對(duì)過(guò)期的路由信息進(jìn)行刪除。（5）定時(shí)器；定時(shí)器是整個(gè)路由協(xié)議中的一項(xiàng)重要功能。依據(jù)路由機(jī)制的設(shè)計(jì)，共須要運(yùn)用到三種定制器，分別是周期更新定時(shí)器，超時(shí)定時(shí)器和路由失效定時(shí)器，下面將分別進(jìn)行描述。（6）停止RIPng；停止RIPng時(shí)首先須要通知內(nèi)核刪除由其保存的部分路由信息，然后停止全部的定時(shí)器，刪除RIPng路由處理模塊中所維護(hù)的路由信息表，最終清除RIPng所創(chuàng)建的線程和Socket，并釋放相應(yīng)的資源。3.2家電信息登記協(xié)議家電信息登記協(xié)議主要用于新加入智能家居系統(tǒng)的家電設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)注冊(cè)和設(shè)備識(shí)別等過(guò)程進(jìn)行約束。家電信息登記的過(guò)程主要包括三個(gè)階段，分別是：網(wǎng)關(guān)設(shè)備的識(shí)別，網(wǎng)絡(luò)地址的安排和家電設(shè)備相關(guān)信息的登記。由于在智能家居系統(tǒng)中，家電設(shè)備硬件設(shè)計(jì)上的限制，使得家電終端設(shè)備的CPU處理實(shí)力有限，因此在設(shè)計(jì)中對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行了裁剪，只保留了最基本的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信功能和路由功能。由于刪除了DNS等協(xié)議，因此在網(wǎng)絡(luò)中就須要自行實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地址安排的功能。該功能正式通過(guò)上述的網(wǎng)關(guān)設(shè)備識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)地址安排的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1）家電信息登記協(xié)議報(bào)文格式；家電信息登記協(xié)議報(bào)文有幾種基本的格式，分別用于家電信息登記過(guò)程中的廣播網(wǎng)關(guān)查詢，網(wǎng)關(guān)查詢應(yīng)答，設(shè)備信息登記和設(shè)備登記應(yīng)答等操作，相應(yīng)的須要分別定義一種格式的協(xié)議報(bào)文。報(bào)文類型字段占用一個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度，用于指定本條協(xié)議報(bào)文的類型。該字段用于對(duì)上述的四種協(xié)議報(bào)文進(jìn)行區(qū)分。（2）家電信息登記協(xié)議過(guò)程描述；家電信息登記的協(xié)議過(guò)程可以分為兩個(gè)階段，即包含了兩次握手的過(guò)程。第一階段是進(jìn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的識(shí)別，并從網(wǎng)關(guān)設(shè)備處獲得該家電設(shè)備的地址。其次階段是進(jìn)行家電設(shè)備信息的登記。登記的過(guò)程如（圖2）所示。在家電設(shè)備發(fā)起第一個(gè)階段的通信之前，須要先進(jìn)行是否須要進(jìn)行信息登記的推斷。該推斷通過(guò)查詢本地所維護(hù)的設(shè)備登記狀態(tài)標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)。若該標(biāo)記指示家電設(shè)備未完成信息登記，于是家電設(shè)備就須要發(fā)起家電信息登記的過(guò)程。設(shè)備組織一條網(wǎng)關(guān)查詢廣播報(bào)文，并廣播該報(bào)文。發(fā)送完成后，家電設(shè)備就監(jiān)聽網(wǎng)關(guān)設(shè)備的應(yīng)答，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。該定時(shí)器用來(lái)進(jìn)行該廣播報(bào)文的超時(shí)推斷，若定時(shí)器超時(shí)后仍未收到網(wǎng)關(guān)設(shè)備的應(yīng)答，則認(rèn)為該廣播報(bào)文發(fā)送失敗，重新發(fā)送廣播報(bào)文。在其次階段的通信過(guò)程中，家電設(shè)備依據(jù)第一階段所獲得網(wǎng)關(guān)設(shè)備地址，組織設(shè)備信息登記報(bào)文，在該報(bào)文中具體的描述設(shè)備的類型、設(shè)備的功能、設(shè)備的廠商等信息，依據(jù)所指示的網(wǎng)關(guān)設(shè)備地址，向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送該報(bào)文。3.3家電限制協(xié)議家電限制協(xié)議是本文所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)的核心，智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者用戶操作的終端都通過(guò)本協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備工作狀態(tài)的查詢和限制；同時(shí)家電設(shè)備的各類報(bào)警信息也是通過(guò)該協(xié)議向網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者用戶終端發(fā)送。在本協(xié)議交互過(guò)程中，涉及到三個(gè)主體，分別是用戶終端、家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備和家電設(shè)備。在基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，這三類設(shè)備都可以相互干脆訪問(wèn)。（1）限制協(xié)議報(bào)文格式；限制協(xié)議所須要支持的操作流程包括兩大類，分別是用戶發(fā)起的對(duì)家電設(shè)備的工作進(jìn)行限制或者是對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行查詢的操作過(guò)程和由家電設(shè)備所發(fā)起的報(bào)警操作過(guò)程。為了保障通信的牢靠性，在每個(gè)操作過(guò)程中都設(shè)計(jì)了一個(gè)握手交互的過(guò)程。（2）限制協(xié)議過(guò)程描述；在本智能家居系統(tǒng)中，用戶可以通過(guò)特定的終端設(shè)備來(lái)限制各類家電設(shè)備、查詢家電設(shè)備的工作狀態(tài)或者接收家電設(shè)備所上報(bào)的各類報(bào)警信息。確認(rèn)提交后，用戶終端設(shè)備就會(huì)組織一條設(shè)備工作限制懇求消息，在該懇求消息中承載用戶所提交的限制吩咐類型和限制參數(shù)。然后將用戶所指定的限制對(duì)象的地址作為該限制懇求消息的目的地址，并發(fā)送該消息。發(fā)送完成后就監(jiān)聽家電設(shè)備的響應(yīng)消息，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。如圖3所示。4安防子系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)安防子系統(tǒng)是智能家居內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。安防子系統(tǒng)所包含的功能主要包括門禁限制功能，報(bào)警功能和火警功能等。下面將對(duì)這些功能模塊的設(shè)計(jì)分別進(jìn)行描述。4.1門禁模塊功能設(shè)計(jì)（1）功能設(shè)計(jì)；門禁模塊所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括三個(gè)方面，分別是在設(shè)備上電后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備信息登記，然后在用戶終端的限制下進(jìn)行門的開關(guān)限制，最終是對(duì)門的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在第一時(shí)間上報(bào)門的開關(guān)狀態(tài)改變。（2）硬件設(shè)計(jì)；門禁模塊的硬件設(shè)計(jì)上主要包括三個(gè)組成部分，分別是：電插鎖模塊，門磁傳感器和主控模塊。其中電插鎖模塊能夠接收數(shù)字的限制信號(hào)，用于限制鎖舌的抬起和放下，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)門開關(guān)的限制。門磁傳感器由兩個(gè)磁極構(gòu)成，當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí)電信號(hào)導(dǎo)通，磁極遠(yuǎn)離時(shí)，電信號(hào)斷開。主控模塊主要有STM32的MCU限制器STM32F103C8T6和相應(yīng)的以太網(wǎng)限制物理層芯片ENC28J60L構(gòu)成。該MCU限制器具有體積小，功耗低的特點(diǎn)，同時(shí)集成了以太網(wǎng)MAC模塊，能夠便利的實(shí)現(xiàn)IPv6協(xié)議，與ENC28J60L芯片一起，能夠?qū)崿F(xiàn)與網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶終端設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信。（3）軟件設(shè)計(jì)；門禁模塊的軟件系統(tǒng)工作可以劃分為兩個(gè)階段，分別是啟動(dòng)階段和值守階段。在設(shè)備上電后首先進(jìn)入啟動(dòng)階段，在該階段發(fā)起設(shè)備信息登記過(guò)程，與網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互握手，從而完成設(shè)備的登記操作，將設(shè)備的信息添加到網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，然后從網(wǎng)關(guān)設(shè)備端獲得自己的地址，從而完成網(wǎng)絡(luò)接口的重配置。接下來(lái)進(jìn)入到值守階段。在值守階段，同時(shí)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)端口的設(shè)備工作限制懇求幀和檢測(cè)門開關(guān)的狀態(tài)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上采納一個(gè)1s的定時(shí)器觸發(fā)進(jìn)行兩項(xiàng)檢測(cè)操作。當(dāng)接收到設(shè)備工作限制懇求幀后，即對(duì)懇求的內(nèi)容進(jìn)行解析，從中提取出相應(yīng)的限制內(nèi)容和限制參數(shù)，從而進(jìn)行相應(yīng)的開門和關(guān)門操作。當(dāng)檢測(cè)到門的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變后，即組織相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)上報(bào)幀，上報(bào)門的開關(guān)狀態(tài)。上述操作過(guò)程的可以用如下的偽代碼來(lái)描述。ISR_TIMER（）{If（接收到設(shè)備工作限制懇求）{發(fā)送開關(guān)門指令；反饋設(shè)備工作限制響應(yīng)；}讀取門開關(guān)狀態(tài)；If（當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)！=歷史開關(guān)狀態(tài)）{發(fā)送設(shè)備狀態(tài)上報(bào)消息；}歷史開關(guān)狀態(tài)=當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)；}4.2報(bào)警模塊具體設(shè)計(jì)（1）功能設(shè)計(jì)；報(bào)警模塊所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括兩個(gè)方面，分別是在設(shè)備上電后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備信息登記，然后是對(duì)室內(nèi)的紅外信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)后第一時(shí)間上報(bào)相應(yīng)的狀態(tài)。（2）硬件設(shè)計(jì)；報(bào)警模塊的硬件設(shè)計(jì)上主要包括兩個(gè)組成部分，分別是紅外傳感器和主控模塊。其中紅外傳感器主要用于對(duì)室內(nèi)的紅外信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到紅外信號(hào)后在輸出引腳上給出高電平報(bào)警信號(hào)。主控模塊的設(shè)計(jì)與門禁模塊相同，采納STM32F103C8T6和相應(yīng)的以太網(wǎng)限制物理層芯片ENC28J60L構(gòu)成。將紅外報(bào)警模塊的輸出信號(hào)與STM32F103C8T6的Wakeup腳和PA0腳相連。當(dāng)紅外報(bào)警器給出報(bào)警信號(hào)時(shí)，能夠通過(guò)Wakeup腳喚醒主控模塊，然后主控模塊可以通過(guò)檢測(cè)PA0腳對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。（3）軟件設(shè)計(jì)；報(bào)警模塊的軟件系統(tǒng)工作可以劃分為兩個(gè)階段，分別是啟動(dòng)階段和值守階段。在設(shè)備上電后首先進(jìn)入啟動(dòng)階段，在該階段發(fā)起設(shè)備信息登記過(guò)程，與網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互握手，從而完成設(shè)備的登記操作，將設(shè)備的信息添加到網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，然后從網(wǎng)關(guān)設(shè)備端獲得自己的地址，從而完成網(wǎng)絡(luò)接口的重配置。接下來(lái)進(jìn)入到值守階段。在值守階段，為了降低設(shè)備的能耗，設(shè)備的主控模塊會(huì)進(jìn)入到休眠態(tài)由紅外傳感器保持對(duì)目標(biāo)區(qū)域的檢測(cè)。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到紅外信號(hào)后，給出高電平報(bào)警信號(hào)喚醒主控模塊。主控模塊讀取PA0腳的狀態(tài)，并組織設(shè)備狀態(tài)上報(bào)幀，向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送報(bào)警消息。上述操作過(guò)程的可以用如下的偽代碼來(lái)描述。Process_Alarm（）{讀取紅外傳感器狀態(tài)；If（報(bào)警信號(hào)有效）{發(fā)送設(shè)備狀態(tài)上報(bào)消息；}}4.3火警模塊具體設(shè)計(jì)（1）功能設(shè)計(jì)；火警模塊所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括兩個(gè)方面，分別是在設(shè)備上電后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備信息登記，然后是對(duì)室內(nèi)的煙霧信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)后第一時(shí)間上報(bào)相應(yīng)的狀態(tài)。（2）硬件設(shè)計(jì)；火警模塊的硬件設(shè)計(jì)上主要包括兩個(gè)組成部分，分別是：煙霧傳感器和主控模塊。其中煙霧感器主要用于對(duì)室內(nèi)的煙霧進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到煙霧濃度超過(guò)門限后在輸出引腳上給出高電平報(bào)警信號(hào)?；鹁K的主控部分的設(shè)計(jì)與報(bào)警模塊相同，采納STM32F103C8T6和相應(yīng)的以太網(wǎng)限制物理層芯片ENC28J60L構(gòu)成。將煙霧傳感器的輸出信號(hào)與STM32F103C8T6的Wakeup腳和PA0腳相連。當(dāng)煙霧傳感器給出報(bào)警信號(hào)時(shí)，能夠通過(guò)Wakeup腳喚醒主控模塊，然后主控模塊可以通過(guò)檢測(cè)PA0腳對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。（3）軟件設(shè)計(jì)；報(bào)警模塊的軟件系統(tǒng)工作可以劃分為兩個(gè)階段，分別是啟動(dòng)階段和值守階段。在設(shè)備上電后首先進(jìn)入啟動(dòng)階段，在該階段發(fā)起設(shè)備信息登記過(guò)程，與網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互握手，從而完成設(shè)備的登記操作，將設(shè)備的信息添加到網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，然后從網(wǎng)關(guān)設(shè)備端獲得自己的地址，從而完成網(wǎng)絡(luò)接口的重配置。接下來(lái)進(jìn)入到值守階段。在值守階段，為了降低設(shè)備的能耗，設(shè)備的主控模塊會(huì)進(jìn)入到休眠態(tài)由煙霧傳感器保持對(duì)目標(biāo)區(qū)域的檢測(cè)。當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧信號(hào)后，給出高電平報(bào)警信號(hào)喚醒主控模塊。主控模塊讀取PA0腳的狀態(tài)，并組織設(shè)備狀態(tài)上報(bào)幀，向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送報(bào)警消息。上述操作過(guò)程的可以用如下的偽代碼來(lái)描述。Process_Alarm（）{讀取煙霧傳感器狀態(tài)；If（火警信號(hào)有效）{發(fā)送設(shè)備狀態(tài)上報(bào)消息；}}5限制子系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)限制子系統(tǒng)是本文所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，是智能家居內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。限制子系統(tǒng)所包含的功能主要包括燈光限制功能和窗簾限制功能等。下面將分別對(duì)這些功能模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。5.1燈光限制模塊具體設(shè)計(jì)（1）功能設(shè)計(jì)；燈光限制模塊所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括三個(gè)方面，分別是在設(shè)備上電后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備信息登記，然后在用戶終端的限制下進(jìn)行燈光照明限制，最終是對(duì)燈光狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在第一時(shí)間上報(bào)門的開關(guān)狀態(tài)改變。（2）硬件設(shè)計(jì)；燈光限制模塊的硬件設(shè)計(jì)上主要包括三個(gè)組成部分，分別是：開關(guān)繼電器模塊，光照傳感器和主控模塊。其中開關(guān)繼電器能夠接收數(shù)字的限制信號(hào)，用于限制電燈開關(guān)的打開和閉合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的限制。光照傳感器用于對(duì)室內(nèi)的燈光照明狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)室內(nèi)的照光明度低于某個(gè)門限值時(shí)，傳感器輸出低電平，反之則輸出高電平。燈光限制模塊的主控部分設(shè)計(jì)與門禁模塊相同，主要由STM32的MCU限制器STM32F103C8T6和相應(yīng)的以太網(wǎng)限制物理層芯片ENC28J60L構(gòu)成。同時(shí)MCU的輸入輸出接口與開關(guān)繼電器和光照傳感器相連。分別用于對(duì)開關(guān)繼電器進(jìn)行限制和對(duì)光照傳感器進(jìn)行檢測(cè)。（3）軟件設(shè)計(jì)；燈光限制模塊的軟件系統(tǒng)工作可以劃分為兩個(gè)階段，分別是啟動(dòng)階段和值守階段。在設(shè)備上電后首先進(jìn)入啟動(dòng)階段，在該階段發(fā)起設(shè)備信息登記過(guò)程，與網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互握手，從而完成設(shè)備的登記操作，將設(shè)備的信息添加到網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，然后從網(wǎng)關(guān)設(shè)備端獲得自己的地址，從而完成網(wǎng)絡(luò)接口的重配置。接下來(lái)進(jìn)入到值守階段。在值守階段，同時(shí)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)端口的設(shè)備工作限制懇求幀和檢測(cè)門開關(guān)的狀態(tài)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上采納一個(gè)1s的定時(shí)器觸發(fā)進(jìn)行兩項(xiàng)檢測(cè)操作。當(dāng)接收到設(shè)備工作限制懇求幀后，即對(duì)懇求的內(nèi)容進(jìn)行解析，從中提取出相應(yīng)的限制內(nèi)容和限制參數(shù)，從而進(jìn)行相應(yīng)的開燈和關(guān)燈操作。當(dāng)檢測(cè)到室內(nèi)的照明狀態(tài)發(fā)生改變后，即組織相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)上報(bào)幀，上報(bào)室內(nèi)的照明狀態(tài)。上述操作過(guò)程的可以用如下的偽代碼來(lái)描述。ISR_TIMER（）{If（接收到設(shè)備工作限制懇求）{發(fā)送開關(guān)等指令；反饋設(shè)備工作限制響應(yīng)；}讀取室內(nèi)照明狀態(tài)；If（當(dāng)前照明狀態(tài)！=歷史照明狀態(tài)）{發(fā)送設(shè)備狀態(tài)上報(bào)消息；}歷史照明狀態(tài)=當(dāng)前照明狀態(tài)；}5.2窗簾限制模塊具體設(shè)計(jì)（1）功能設(shè)計(jì)；燈光限制模塊所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括三個(gè)方面，分別是在設(shè)備上電后自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備信息登記，然后在用戶終端的限制下進(jìn)行窗簾的開關(guān)限制。最終是依據(jù)用戶終端的查詢懇求，反饋窗簾的開關(guān)狀態(tài)。（2）硬件設(shè)計(jì)；窗簾限制模塊的硬件設(shè)計(jì)上主要包括三個(gè)組成部分，分別是：步進(jìn)電器限制模塊和主控模塊。其中步進(jìn)電機(jī)限制模塊由相應(yīng)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003和28BYJ永磁步進(jìn)電機(jī)兩部分組成，能夠接收數(shù)字的限制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，用于限制窗簾的打開和關(guān)閉。窗簾限制模塊的主控部分設(shè)計(jì)與門禁模塊相同，主要由STM32的MCU限制器STM32F103C8T6和相應(yīng)的以太網(wǎng)限制物理層芯片ENC28J60L構(gòu)成。同時(shí)MCU的輸入輸出接口與開關(guān)繼電器和光照傳感器相連。分別用于對(duì)開關(guān)繼電器進(jìn)行限制和對(duì)光照傳感器進(jìn)行檢測(cè)。（3）軟件設(shè)計(jì)；窗簾限制模塊的軟件系統(tǒng)工作可以劃分為兩個(gè)階段，分