通过TCP/IP网络协议和Cerebot（32MX4实现家居控制系统的设计）

项目背景

随着物联网的热潮，2010年，国内多个省市发布了《物联网发展规划》，物联网附属领域的智能家居发展也得到极大的推动。由于物联网的核心和基础仍然是互联网，所以在项目设计中，我们将智能家居内部的传感器网络连接到控制核心PIC32上。PIC32通过控制网络模块根据TCP/IP协议实现PIC32的web服务器功能，使其可以通过手机和电脑的浏览器远程访问Web服务器，通过点击链接控制电器。该嵌入式Web服务器的低功耗和高可靠性使其特别适合控制家庭中的小型Web服务器。

二、需求信息

提议的平台：

cerebot 32M4

两款数码PMOD产品：

PmodNIC——网络接口控制器

PMO DSF-串行闪存Rom，16或128兆位

三、项目概述

在这个项目中，我们计划通过网络远程监控家庭环境。

通过分布在屋内各处的传感器采集屋内外的环境参数，将获得的数据通过ZigBee网络或有线连接汇总在本项目的总控板上Cerebot _ 32MX4

Cerebot_32MX4按照TCP/IP协议链接到Web服务器，远程终端设备(PC、手机等)之间的数据传输。)和Cerebot_32MX4是通过Web实现的；

Cerebot_32MX4可以将采集到的数据传输到PC和手机上，让人们在任何一个可以连接互联网的地方都可以了解家里的情况，远程控制家里的设备，比如控制草坪和花园里的喷水系统给花草浇水。到家前10分钟开空调，让你到家后马上享受舒适的温度。同时，当人们在家时，也可以用这种方法来控制周围的设备，使房子智能化。

Cerebot_32MX4还可以自行处理采集的数据，实现对家居设施的自动控制，同时可以通过PC和手机设置自动控制的参数。

整体系统框图如下：

四、硬件设计

(1)规划Zigbee节点用于家庭中的信息采集，组成传感器网络，其中一个Zigbee节点为通用传感器采集点，通过有线与PIC32连接，其他Zigbee节点通过无线通信与通用节点传输传感器信息。

ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有短距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。主要应用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中。

在本项目中，无线通信技术的应用将解决数据采集点分散、设备分散的问题。

ZigBee在低能耗方面表现突出，显然是因为蓝牙和WIFI。相关资料显示，两节5号干电池可以支持一个节点工作6 ~ 24个月，甚至更长时间。因此，ZigBee节点可以通过配置小型太阳能电池板来充电，以保证其正常工作。

ZigBee具有大规模组网能力，非常适合大规模数据采集，解决了智能家居系统中数据采集点多的问题。

(2)传感器网络连接到PIC32控制板，PIC32通过控制网络模块根据TCP/IP协议实现PIC32的Web服务器功能。

TCP/IP通信协议以其高效性、可靠性和通用性在世界范围内得到了广泛的应用。

本项目以Cerebot 32M4为控制核心，其中TCP/IP协议的通信功能通过软件方式实现，并在其上进一步扩展构建HTTP、FTP、TELNET等高级网络功能。

利用TCP/IP协议和简单应用层协议中的UDP、IP、ARP实现单片机的网络互联，提高数据传输的速度，保证数据传输的正确性，扩大数据传输的有效半径。

TCP/IP协议是互联网上各种系统互联的一组协议，以保证数据在互联网上准确、快速的传输。参照开放系统互连(OSI)模型，TCP/IP通常采用简化的四层模型，即应用层

应用层应该有一个定义良好的会话过程，如Http、Ftp、Telnet等。我们使用单片机系统传输来自以太网和数据终端的数据，应用层只对大数据报进行打包和解包。

传输层

让传输层的网络程序通过明确定义的通道和一些特性来获取数据，比如定义网络连接的端口号等。并实现了该层协议的传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。

网络层

网络层信息可以发送到相邻TCP/IP网络上的任何主机，IP协议是这一层的数据传输机制。同时，为了建立网络间的互连，需要提供ARP地址解析协议，实现IP地址到数据链路物理地址的映射。

链路层

它由控制同一物理网络上不同机器之间数据传输的底层协议组成。实现这一层协议的协议属于TCP/IP协议组。这部分功能是通过MCU控制网卡芯片来实现的。

控制核心PIC32根据web的默认配置对采集的传感器信息进行分析和自动控制，用户可以通过手机和电脑的浏览器远程访问web服务器，通过点击链接对电器进行控制。

软件流程

PIC32主程序循环检测ENC28J60芯片采集的数据包，并接收广播消息和带有本地地址的数据包进行进一步处理。因为本项目实现了TCP/IP通信，所以建立TCP连接的主要目的是实现HTTP通信。PIC32接收的待处理数据将通过数据处理函数，如果检测到TCP连接建立请求，将进行相应的处理。建立TCP连接后，您可以通过TCP连接发送和接收HTTP通信数据。

TCP连接建立的“三次握手”过程和有限状态机如下：

PIC32接收到正确的HTTP GET请求后，会进行相应的处理，返回用户所需的网页，从而实现一个简单的web服务器应用。

这个软件流程图仅仅是通过简单控制家用电器的通断来绘制的。这里的流程图只是软件的一个设想，能否实现还需要实际测试。