基于STM8S103和W IFI的智能家居照明系统设计

卢林杰，秦会斌

(杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所，浙江 杭州 310018)

0 引言

随着科技进步，物联网的概念一经提出便迅速蔓延。从狭义上讲，物联网是指使用智能的手段获取多个物体的信息如灯的状态，并统一管理统一控制的网络。因此智能家居照明系统也属于物联网范畴。日常照明，装饰照明等在我们的生活中扮演着重要的角色，随着技术发展，智能照明技术日趋成熟，正逐渐取代传统照明技术，成为一种趋势［1］。

本文介绍一种智能家居照明系统设计方案，通过WIFI无线方式进行信息传输，由STM8S103单片机作为核心控制器，通过Android手机终端进行控制的方案。

1 系统总体设计

该系统定位于普通家庭照明控制，具有开关和调光等基本功能以及扩展功能，可以与其他基于WIFI的智能家居部分结合，组成智能家居系统，统一管理控制。

系统总体设计包括WIFI灯节点的设计、AP协调器设计和Android智能手机终端应用设计，示意图如图1所示。系统采用简单的星状拓扑结构组成独立的局域网，组网简单，稳定［2］。灯节点上的WIFI模块用作STA模式，AP协调器端的WIFI模块用作AP模式，WIFI灯节点个数由 AP协调器可接入的节点数决定［3］。

图1 系统示意图

系统具有如下功能:

①通过手机终端控制;

②可添加新灯，并进行参数修改;

③可控制灯的开关、调光;

④每盏灯有控制密码，首次对灯进行控制时需要输入控制密码，密码可修改;

⑤每盏灯有自己的名字，可以对其进行修改;

⑥可对每盏灯进行分组，统一控制，组名可以修改;

⑦每个灯有WIFI的密钥、WIFI的SSID，可通过手机终端进行修改;

系统设计包括硬件设计和软件设计，Android智能手机终端应用软件设计三部分，下面依次进行介绍。

2 硬件设计

WIFI是一种无线网络通信技术，不同的设备如个人电脑、手机、PDA终端等可通过WIFI方式连接，组成一个局域网络，WIFI是WLAN的重要组成部分［4］。照明灯等要通过WIFI进行局域组网，需要连接WIFI模块，本方案选用技术成熟的HF－A111 WIFI模块设计，支持802.11b/g/n无线标准，支持TCP/IP网络协议栈，可通过UART作为数据通信接口，支持工作在SAT/AP/AP+STA模式等，功能全面，开发简单。

STM8S103系列单片机是法国ST公司推出的一款性价比非常高的单片机，具有3级流水线哈佛结构，具有8 K flash、1 K RAM、640字节的EEPROM，最多有27个外部中断，3个定时器，UART、SPI、IIC通信接口等，与其他同价格的单片机比较，有丰富的系统资源，正在逐步占领单片机市场的份额，有广阔的应用前景［5］。

WIFI灯节点是整个系统的最基础的部分，WIFI灯节点的设计关系到系统基本功能的实现。WIFI灯节点设计框图如图2所示。STM8S103作为核心控制器，通过UART与WIFI模块连接，接收或发送数据信息;调光模块可以驱动30W以下的LED灯，STM8S103产生PWM波，对LED灯进行调光控制。单片机和WIFI模块工作在3.3 V电压下，调光模块电压根据要驱动的LED灯选择，电源模块为各部分提供安全范围的电压。

图2 WIFI灯节点框图

AP协调器作为系统核心，实现连接WIFI灯节点和Android智能手机终端的桥梁，对接收到的信息进行分析处理，由于功能需要，起到类似服务器的作用。AP协调器需要储存所有灯的信息，因此需要容量较大的EEPROM，STM8S103本身只有640字节EEPROM，需要扩展。AP协调器硬件设计简单，其框图如图3所示。

图3 AP协调器框图

3 软件设计

每个WIFI灯节点具有唯一的ID，需要具有打开关闭灯，调光的功能，同时需要存储灯的信息。系统配置初始化后，等待WIFI模块启动，大于60 s模块依然没有启动说明模块可能损坏，需要检查模块;模块启动后会自动连接至AP协调器，大于60 s时未连接，LED闪烁提示检查AP是否打开;连接至AP协调器时，节点开始正式工作;若接收到信息，对信息进行分析，做出相应反应，并发送返回信息。WIFI灯节点软件流程图如图4所示。

图4 WIFI灯节点流程图

AP协调器接收来自WIFI灯节点和Android智能手机终端的信息，起到信息处理和中转功能。根据接收到的信息不同做出相应的处理。AP协调器同时作为系统的数据库，存储所有灯节点的数据信息。图5中，(a)图为AP协调器主流程，(b)图为信息处理流程图。

图5 AP协调器流程图

图6 Android智能手机应用软件界面

4 Android智能手机终端应用软件设计

Eclipse是一个源代码开放的、基于Java的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。Android SDK指的是Android专属的软件开发工具包。使用Eclipse进行Android应用开发需要给Eclipse装ADT插件，这样Eclipse就可以和Android SDK建立连接，可以在E－clipse中启动Android模拟器进行程序调试等［6］。

Android智能手机终端应用软件即在Eclipse平台上使用Android SDK开发。根据系统功能要求，开发的应用软件如图6所示(依次记为a、b、c、d)。图6(a)为灯状态栏，此栏显示 WIFI灯节点列表，各灯名称及状态，灯亮起时小灯图标高亮，灯熄灭时小灯图标为暗灰色。图6(a)中为1号灯(卧室)和2号灯(大厅)。单击任意一盏灯弹出列表如图6(b)所示，可对灯进行打开、关闭、调光等相应的操作。图6(c)为信息管理栏，可以添加用户，添加新灯，修改相应信息等。图6(d)其他操作栏用于开发测试。

5 结束语

本文介绍了一种小型的智能照明系统，采用简单的拓扑结构，很适合用于家庭等小型场所。对办公楼等大型场所，可以使用WIFI模块WDS(无线分布式系统)功能，多个AP互相连接，组成一个覆盖范围很广的网络。

本系统经过测试，系统组网稳定，信息传输准确，能达到很好的使用效果。但系统功能仍然不够完善，需要进一步加强。

［1］ 唐鹏光，付蔚.基于无线传感网智能家居照明控制系统的研究与实现［J］.世界电子元器件，2012，18(11)，52 －55.

［2］ (美)布瑞斯宾(Brisbin，S)，卡尔提(Carty，G)著，天宏工作室译，自己动手组建Wi－Fi网络［M］.北京:清华大学出版社，2003.6.

［3］ Youngsu Cho，Myungin Ji.WiFi AP position estimation using contribution from heterogeneous mobile devices［C］.Position Location and Navigation Symposium(PLANS)，2012 IEEE/ION:562－567.

［4］ 王建国，郭宝亿.基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统［J］.西安工业大学学报，2008.10，28(5):460 －465.

［5］ 潘永雄.STM8S系列单片机原理与应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2011.

［6］ 江燕良，基于Android智能终端的远程控制系统［J］.电子技术应用，2012，38(8):129－132.