朱静，韩云飞，龚红琴，赵新苗
（新疆农业大学计算机与信息工程学院，新疆乌鲁木齐830052）
摘要：随着物联网与智能家居技术的迅速发展和深入应用，智能家居系统正朝着网络化、信息化、智慧化方向发展。提出基于以太网维吾尔语智能家电控制系统的设计方案，该系统采用STM32F103VET6芯片作为主控板核心器件，结合以太网控制芯片W5200及语音控制芯片WTV080，以嵌入式μC/OS?Ⅱ为开发平台，通过搭建Web服务器实现客户端的远程控制。网页控制界面采用汉语与维吾尔语双语，旨在开发适合新疆少数民族使用的维文家电控制系统。
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关键词 ：维吾尔语；家电控制；远程控制；智能家居系统
中图分类号：TN702?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）18?0141?03
0 引言
数字化、网络化和信息化已经成为21 世纪的重要特征，一个以网络为核心的信息时代已悄然到来。网络带来的方便与快捷使得人们对生活环境提出了更高的要求，这也使得“智能住宅”、“家庭自动化”等技术越来越受人们的关注。通过网络综合管理家中的电器，可以创建一个优质、高效、便利的居住生活环境[1]。尽管目前从事网络家电控制方面研究的人员比较多，但基于商业利润的考虑，很少有人从少数民族语言出发而从事该方面的研究。本文主要目的是利用嵌入式、网络技术和物联网技术的新成果，研制开发适合新疆少数民族使用的，具有良好用户交互的维文智能家电控制系统。
1 系统总体方案设计
为了方便用户和设备的交互，该系统采用了B/S架构模式[2]。系统主要以控制板为核心，通过TCP/IP协议[3]，客户端计算机建立Socket对控制板发出命令，控制板接收到发来的命令后，对命令进行解析，并执行相应的程序，从而控制相应的家电。系统总体方案设计如图1所示。
控制板作为整个系统的核心器件，搭载了基于STM32F103VET6 芯片[4]的CPU 电路，负责协同家电控制、网络、电源、下载、语音等多种事务。在总体的结构上，其基于芯片STM32F103VET6的系统连接示意图如图2所示。
2 系统硬件设计
基于STM32F103VET6芯片构建的控制板将包括若干模块，如复位模块、网络模块、供电模块、语音模块、数据模块等，这些模块都由应用软件驱动。系统硬件驱动连接示意图如图3所示。
系统硬件包括STM32F103VET6 处理器，LM2596S?3.3 和LM2940S?5.0 供电芯片，MAX706 复位控制，W5200网络模块，继电器家电控制，WTV080?16P和AT73C213语音播放，LMV834MT运放和TDA7266功放， JTAG，以及MAX3490ESA，MAX3232ESE 和MAX3485ESA数据传输器件。
STM32F103VET6 芯片处理器集成嵌入式flash和SRAM 存储器的ARM Cortex?M3 内核。与8/16 位设备相比，ARM Cortex?M3 32位RISC 处理器提供了更高的代码效率。STM32F103VET6微控制器带有一个嵌入式的ARM 核，所以可以兼容所有ARM 工具和软件。LM2596S?3.3和LM2940S?5.0分别负责3.3 V和5.0 V的供电，MAX706芯片主要负责复位控制。
W5200网络模块主要任务是解析TCP/IP协议。继电器家电控制主要通过I/O控制继电器。WTV080?16P和AT73C213对语音进行播放，LMV834MT对语音进行放大，调节幅度，TDA7266 对放大的语音进行放大播放。JTAG负责与JTAG调试器进行连接，完成程序的下载和烧写[5]。MAX3490ESA， MAX3232ESE 和MAX3485ESA 分别实现RS 422，RS 232 和RS 485 通信的串口数据传输功能。
3 系统软件设计实现
基于STM32F103VET6芯片的家电控制系统的软件主要包括控制板负载的应用软件和远程控制网站2部分：控制板负载的应用软件主要负责对客户端发出的命令作出响应，完成对家电的控制；远程控制网站主要负责将客户端对家电的控制请求发送给对应的控制板。
3.1 控制板应用程序设计
3.1.1 移植μC/OS?Ⅱ操作系统
μC/OS?Ⅱ是一款免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统[6]。移植该操作系统作为控制板的主控程序，其主程序流程图如图4所示。
3.1.2 移植芯片的封装函数库
移植芯片所封装的函数库，包括中断配置函数、备份寄存器函数、DMA处理函数、外部中断函数、I/O处理函数、SPI处理函数、定时器处理函数、串口处理函数和I2S处理函数。
3.1.3 移植业务的应用程序
移植个别芯片的控制程序和业务的应用程序，并添加新的功能及完善代码。其主要项目包括串口配置、接口配置、定时器配置、DMA处理串口数据配置、I/O初始化配置和语音处理。
3.1.4 通信协议
一个完整的接入层协议包由起始标志、接入层协议字段、数据包、校验单元、结束标志5部分组成，见表1。
起始、结束标志表示一个完整协议包的起始或结束标志，长度为1 B，固定为AsciI字符“~”（0x7E），结束标志的内容与起始标志相同。
接入层协议字段格式如表2所示。
应用数据包是应用数据层协议的有效数据，格式如表3所示。
校验单元对协议中从“目的地址”到“数据包”的内容进行校验；根据通信包（从“协议类型”开始，计算到“数据单元”的最后一个字节）生成校验值。校验单元采用CRC校验[7]，生成多项式为CCITT推荐的16位的x16+x12+x5+1（0x11021）。发送方根据通信包生成2 B的CRC检验（传输时低字节在前，高字节在后）；同样，接收方收到完整的数据包后，根据通信包生成新的CRC检验值。如果所计算出的CRC值和收到的校验值相同则表明该数据包有效，否则认为该包在传输的过程中产生了差错。
3.2 远程控制网站设计
3.2.1 网站架构
远程控制网站架构的最底层是操作系统；第2层是MySQL 数据库系统，支持数据的储存和操作；第3层是Glassfish Web 服务层，通过网页与服务器进行数据交换，同时通过HTTP 协议与用户浏览器进行数据交换；第4层是用户层，面向最终用户，通过用户浏览器请求和Web服务器进行数据交换。网站架构的结构见图5。
3.2.2 开发环境
Java EE（Java Platform，Enterprise Edition）是Oracle公司推出的企业级应用程序版本，能够开发和部署可移植、健壮、可伸缩且安全的服务器端Java 应用程序[7]。Java EE提供Web 服务、组件模型、管理和通信API，可以用来实现企业级的面向服务体系结构和Web 2.0 应用程序。MySQL 是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，一般中小型网站的开发都选择MySQL 作为网站数据库[8]。Glassfish 服务器是符合Java EE 6 平台规范的具体实现，是一款强健的商业兼容应用Web 服务器，可免费用于开发、部署和重新分发[9]。
4 结语
本文提出了基于物联网维吾尔语家电控制系统设计方案，并实现了系统硬件和所需的软件。基于维吾尔语而设计的网络家电控制系统，旨在使广大的维族同胞能够享受互联网所带来的方便与快捷，开拓智能家电在新疆的市场需求，同时对新疆地区的信息化、经济的快速发展也能起到一定的促进作用[10]。本系统有较大的优越性，具有广阔的市场应用前景。
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参考文献
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[7] 王根义.CRC校验码算法的研究与实现[J].电子设计工程，2012（9）：38?40.
[8] 赵彦.基于Java EE技术的Java课程群网络教学平台的设计与实现[J].安阳师范学院学报，2014（2）：43?48.
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[10] 程新方，吾守尔·斯拉木，张永才.基于网络机顶盒的维吾尔语输入法研究与实现[J].中文信息学报，2009（5）：119?122.
作者简介：朱静（1979—），女，广西罗城人，讲师，硕士。主要研究方向为嵌入式技术。
韩云飞（1990—），男，山西晋城人，研究生。主要研究方向为农业信息化技术。
龚红琴（1992—），女，新疆新源人。
赵新苗（1990—），女，新疆塔城人，研究生。主要研究方向为农业信息化技术。