Ｑ 鱼 ： Ｉ Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌ 高新技术 基于ＳＴＭ３２的小型智能家居系统设计 李丽 （天津机电职业技术学院，天津３００１３１） 摘要：随着科学技术的不断发展，智能家居系统作为物联网技术的一项重要应用也随着物联网的快速发展发生了明显 的改善。现阶段，智能家居系统的应用还仅仅只是存在于高端群体中，其主要原因还是由于智能家居系统的性价比，为 实现智能家居市场的有效扩展，开发和研制出一种针对低端用户及大众化的小型智能家居系统就显得尤为必要。 关键词：物联网；智能家居；小型；大众化；ＳＴＭ３２ 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 智能家居就是以居家环境为平台， 并实现了建筑、网络、计算机、通信以 及自动化技术的互相融合，从而实现了 种囊括了服务性、功能性以及管理性 为一体的安全便利并且环保的居住环 境。基于ＳＴＭ３２系列芯片小型智能化家 居系统的核心是智能家居控制器，同时 也包括了多功能面板、智能插座以及窗 户控制模块和电动窗帘等多项智能家居 产品。通过ＷＩＦＩ或者以太网，实现智能 家居控制器与家庭信息互联处理中心的 及时通信。 一一、智能家居控制系统的整体设 计 （一）智能家居系统控制器 智能家居控制器模块作为整个智 能家居系统的核心内容，对整个智能家 居系统功能的成功实现具有关键性的作 用。本文中，小型智能家居控制系统是 基于ＳＴＭ３２的芯片设计，并根据控制器 的功能，将其具体划为以下几个模块： 模拟量输入模块、ＲＳ４８５通信模块、以太 网接口模块、电源模块、ＬＥＤ显示模块 的输入和输出，开关量输出模块、无线 通信模块等。 （二）智能家居产品介绍 １智能插座 ＳＴＭ３２系列的芯片设计同样作为智 能家居系统中智能插座的核心，同时在 其内部也涵盖了继电器、ＡＤＥ７７５３的电 能芯片以及液晶显示屏等模块，从而能 够准确的显示出对应的家用电器的电量 参数；另外还能够对家用电器的电源启 动时间进行个性化的设置，进而实现家 庭用电负荷的最合理分配，促使电网功 能得以成功实现，既可以工作，也 可以通过４８５总线与系统控制系通讯完成 相关操作。 ２红外多功能转发器 智能家居系统的红外转发器装置能 够对家用电器如电视机、空调以及冰箱 和其它设备的遥控红外信号进行学习、 接收及存储与转发等操作，同智能插座 样，既可以的完成工作，也可以 一借助４８５总线实现与控制器的通讯。 ３触摸屏 在本文所设计的小型智能家居系统 中所采用的是一彩色触摸屏，该显示屏 采用一种具有较高清晰度的四线电阻式 ＴＦＴ液晶显示屏，高清晰度，尺寸为７ 英寸，８００ Ｘ ４８０分辨率，该产品具有高 级塑料结构，而且工业级能源消耗比较 低，其主要规格：４００ＭＨＺ的ＣＰＵ频率， ６４Ｇ的闪存以及６４Ｍ的内存，小于７ｗ的 功率，接口包括了１＂ＲＳ４８５的隔离接口和 １＂ＲＳ２３２的隔离接口，一主一从的Ｉ＊ＵＳＢ 接口，电源输入为２４ＶＤＣ；同时还安装 了实时多任务操作系统的组态软件。另 外，该产品通过总线４８５和智能家居控制 器，还实现了远程控制、远程传感和各 种情境模式的设置功能。 ４多功能面板 该小型智能家居系统中的多功能面 板同样是以ＳＴＭ３２系列的芯片为核心， 主要包括了４路继电器的输出，能够实现 对４路用电负载如灯、排风扇等设施的 同时控制，该产品既可以的展开工 作，也可以通过４８５总线实现与系统核心 控制器的实时通讯。 二、小型智能家居系统的硬件平 台设计 在该小型智能家居系统中具体 详细的功能划分。 ２以太网模块ＥＮＣ２８Ｊ６０ 凭借以太网端口，在小型智能家居 系统的设计过程中方能实现系统各个控 制器与家庭信息处理中心的实时通信。 ３ ＡＤＥ７５５３单相电能计量芯片 该芯片具有良好的低能耗与高精度 的功能特点，在该芯片中的有功电能计 量误差能够保证在０．１％以内，其准确度 相比其它芯片具有明显的优势，同时， 采用直流供电，电压等级为５Ｖ，与ＤＴ／双 传感器接口和ＳＰＩ串行通信；另外在芯片 内部存在着较多的寄存器，在具体的设 计过程中仅需要对内部寄存器进行相应 的读写操作即可完成。 ４ Ｆｌａｓｈ存储器ＳＳＴ２５ＶＦ０１６Ｂ 该存储器的主要功能就是对该小型 智能家居系统中的各个设备的ＩＰ地址进 行汇总和存储。 ５ ＲＳ４８５总线接口通信芯片ＳＮ６５ＬＢＣ １８４ 在系统设计过程中，该装置的重要 所涉及到的硬件部分有ＳＴＭ３２系列的 芯片、８路双向的光耦隔离ＴＬＰ２８０— ４、５路ＲＳ４８５总线、８路达林顿驱动 ＵＬＮ２ ８ ０ ３、２路高速的光耦隔离器 ６Ｎ１３７、以太网ＥＮＣ２８Ｊ６０以及Ｆｌａｓｈ存储 应用；而６Ｎ １ ３７光耦合器属于一款在单 器ＳＳＴ２５ＶＦＯ１６Ｂ。 通道条件下应用的高速光耦合器，在该 １ ｓＴＭ３２系列芯片介绍 光耦合器内部含有一ＬＥＤ（其波长为８５０ ＳＴＭ３２系列芯片在设计过程中采用 纳米）以及一集成检测器，而这一集成 了具备高性能特点的ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘｔｍ—Ｍ３ 检测器又由高增益线性运放和一光敏二 ３２位的ＲＩＳＣ内核，其工作频率达到了 极管以及一集电极开路的三极管联合组 ７２ＭＨｚ，在高达５１２Ｋ字节的闪存以及６４Ｋ 成；另外，该光耦隔离器同时还兼具了 字节的ＳＲＡＭ的内置高速存储器中也涵盖 电压、电流以及温度补偿的功能，在高 了一５１２字节的闪存微控制器；另外还包 速数字开关、Ａ／Ｄ转换电路等领域有着较 含了若干个标准先进的通信接口，总共 为广泛的应用。本文所设计的小型智能 具有１ １个定时器及１３个通信接口，在本 家电系统中，其８路光耦合隔离输入端电 设计中，并对ＳＴＭ３２芯片的管脚进行了 路就是由ＴＬＰ２８０—４所构成，而该系统的 作用就是实现探测器与前端智能设备的 半双工方式的通讯。在该通信芯片的应 用过程中，其通信方向的控制由ＤＩＲ５来 完成，如果ＤＩＲ５端为低电平时，此时控 制器为发送状态，相反，若为高电平， 则为接收状态。 ６双向光耦隔离ＴＬＰ２８０—４和高速光 耦隔离６Ｎ１３７ ＴＬＰ２８０—４就是一微型的耦合器，一 般适用于贴片安装，并在ＰＣＭＣＩＡ传真调 制解调器与可编控的控制器电路中广泛 一１Ｏ一 中国新技术新产品 高新技术 ＮｅｗＴ ２０１６ Ｎ０．０４（上 ．基于融合禁忌搜索粒子群算法的 配电网无功优化 王吉友 （国网河北省电力公司沧州供电分公司，河北沧州０６１０００） 摘要：从数学角度分析，配电网无功优化是一个非线性、多变量、多约束的混合规划问题。粒子群优化搜索算法被广 泛应用于求解配电网无功优化问题。由于粒子群算法粒子群在进化过程易趋向同一化，失去多样性，从而使算法陷入局 部最优解。本文在分析配电网无功优化的特性基础上，提出一种改进的紧融合禁忌搜索一粒子群算法用于配电网无功优 化问题的求解。通过将禁忌搜索功能融合到粒子历史最优解和全局最优解寻优过程中，避免了粒子群算法寻优过程中出 现的局部最优问题，从而提高粒子群算法的全局搜索能力。通过ＩＥＥＥ１４节点系统的仿真计算结果表明，改进的算法能取 得良好的效果。 关键词：配电网；无功优化；数字模型 中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：Ａ １引言 长，并且对于较大应用场景容易产生维 ｆｌｏ］在遗传算法中引入多模因局部搜索策 无功优化控制是保证电力系统安 数灾等缺点。为解决常规优化算法的局 略，以提高搜索效率和收敛速度。 全、经济运行的一项有效手段，合理的 限性问题，国内外学者纷纷展开研究并 本文提出一种改进的融合型禁忌搜 无功分布可以提高系统电压质量和降低 提出了多种智能启发式算法。智能算法 索粒子群算法用于配电网无功优化的求 电网损耗等。一般地，电力系统无功优 具有搜索能力强、原理简单等优点，主 解问题。把全局搜索能力较强的粒子群 化问题是一多变量、多约束的非线性混 要包括粒子群算法、遗传算法、免疫算 优化算法与局部搜索能力强的禁忌搜索 合整数规划问题。为了解决这一复杂系 法和混合算法等。 算法结合，通过禁忌搜索功能，既能避 统问题，国内外学者进行了许多探索研 然而，现代智能启发式算法存在一 免粒子群算法寻优过程中出现的局部最 究，提出了多种计算方法。在目前的成 定的缺陷，算法在搜索过程中，容易出 优问题，又能提高收敛速度，从而提高 果中，常规数学优化算法和智能启发式 现效率低下且容易陷入局部最优解，从 粒子群算法的全局搜索能力。 算法成为主要的两大分支。其中常规算 而影响求解效果。因此，学者提出了许 法包括：梯度法、内点法、线性规划和 多改进的智能启发式算法，以加快收敛 ２配电网无功优化数学模型 非线性规划等算法。这类常规算法在解 速度和提高全局寻优能力。文献［９］将无 ２．１目标函数 决局部问题上虽然有一定的优势，但由 功优化问题分解为离散优化和连续优化 本文以系统网损最小和电压质量最 于对待优化的目标函数要求可微、对函 ２个子问题，交替运用遗传算法和内点法 好为优化目标，将发电机无功出力和负 数初值要求较高、求最优解的时间较 求解控制策略，以提高计算效率。文献 荷节点电压变量越限量作为惩罚函数， ２路高速光耦隔离器的输入端电路则是由 涵盖了系统控制器程序以及多项设备的 功能也具有极强的可扩展性能；另外， ６Ｎ１３７所组成。 驱动程序；在系统中，通过ＲＳ４８５总线实 设备操作简单快捷，在家庭、学校、医 ７该小型智能家居系统供电电路系 现控制器与智能模块之间的实时通讯， 疗以及试验研发等多个领域都适合应 统 同时也可以直接的使用标准化的串口驱 用。随着科学技术的不断进步，人们对 该智能家居系统的电源输出由系 动程序；另外，触摸屏与智能家居控制 物质生活的要求也必定会越来越高，智 统控制器所提供，所提供的电源来实现 器之间的通信功能的实现同样也是依据 能家居系统的小型化也必定是未来以发 系统中所有的智能用电产品的使用，如 ＲＳ４８５总线，而对家居设备的控制以及相 展潮流，因此，小型智能家居系统在今 智能家居产品（多功能面板和智能插 关情景模式的设定则是凭靠系统预装的 后的发展过程中的应用也必将会越来越 座等）、触摸屏以及上位机管理软件 嵌入式实施多任务操作系统组态软件来 普遍，得到人们的认可与欢迎。 等；其中上位机管理软件是一款基于 完成。 参考文献 ＬＡＢＶＩＥＷ开发环境中得以开发应用的软 １】姚现伟．基于ＳＴＭ３２的智能家居红 件，也是该智能家居系统的重要集中管 结语 ［外控制系统研究与设计【Ｄ】．燕山大学， 理工具和手段，通过智能家居控制器的 本文成功设计出了一款小型的智 ２０１４． 底层控制协议以及以太网协议实现了该 能家居系统，该系统以ＳＴＭ３２芯片为基 【２】蒋立兵．基于ＳＴＭ３２的智能家居控制 管理软件在系统应用层面的有效融合， 础，该系统的智能家居模块主要涵盖了 系统的设计与开发【Ｄ１．北京邮电大学， 进而实现了对家居中的电器设备、安防 智能控制器、多功能面板、智能电度表 ２０１１． 设备以及灯光、温度等设备的控制和调 以及智能插座等多项家居模块；与此同 【３］蒋明明．基于ＳＴＭ３２的低端智能家居 节，同时实现了对相关场景的定时、设 时，该智能家居系统有效地结合系列安 控制系统研制［Ｄ１．西南交通大学，２０１３． 置等远程监控功能。 防产品如烟感探测器和网络摄像机以及 【４］刘鹏飞．基于ＳＴＭ３２的智能家居系统 小型智能家居系统中的软件设计也 红外探测器等，共同打造完成了一完善 １．烟台大学，２０１３． 是以ＳＴＭ３２单片机为基础，并通过ｃ语言 的智能家居系统；该小型智能家居系统 【５王佳．基于ＳＴＭ３２的智能家居控制系 ５］的编程来完成，这一设计过程中同时也 具有灵活的控制方式，而且其各个模块 统的设计与开发［Ｄ】．长安大学，２０１３． 中国新技术新产品 一１１—
