一种CAN总线多功能智能家居面板设计

杨国精

厦门狄耐克智能科技股份有限公司 福建 厦门 361000

0 引言

随着智能家居技术的不断发展，智能家居逐渐走进到人们的生活中。普通的CAN总线智能家居往往一个控制面板配套控制一个设备子系统，如灯光面板控制灯光设备，窗帘面板控制窗帘设备，新风面板控制新风设备等。由于智能家居系统通常由各种设备构成，从而造成控制面板种类及数量繁多，施工复杂又影响美观。

本设计的多功能智能家居面板，采用4寸TFT液晶屏直接显示各种控制面板的功能界面，如灯光面板、窗帘面板、新风面板等。同时使用4寸电容触摸屏，通过触控UI控制界面便可控制相应设备。一个多功能智能家居面板就可替代各种功能控制面板，既美观又施工方便，可节约工程施工成本。多功能智能家居面板具有WIFI、蓝牙功能，可通过手机APP进行远程控制。采用AI语音识别技术，无需人们站在家居控制面板前进行操作控制，只需通过语音指令便可控制智能家居设备，突破传统的控制方式，增加用户使用的便捷性。

1 智能家居系统图对比

1.1 使用普通控制面板智能家居系统图

图1为普通CAN总线控制面板智能家居系统图，一种控制面板专门用于控制一种设备类型，灯光面板控制灯光设备，窗帘面板控制窗帘设备，调光面板控制调光灯，新风面板控制新风设备，空调面板控制空调设备等。各种控制面板都需安装于墙面上，且智能家居系统设备种类繁多，影响用户装修的美观性，施工复杂、人工成本高。

图1 普通控制面板智能家居系统图

1.2 使用多功能智能家居面板智能家居系统图

图2为使用多功能智能家居面板系统图，多功能智能面板通过液晶屏显示各种设备的控制界面，墙面上只需安装一个多功能智能面板，通过触摸控制相应设备的UI界面便可控制相应的设备。同时采用标准86盒尺寸设计，工程上可直接进行替代普通家居控制面板，装修美观，施工布线简单并可节约人工成本。

图2 多功能智能家居面板系统图

2 多功能智能家居面板电路设计

2.1 电路框图 多功能智能家居面板由CPU、SPI NAND FLASH、液晶显示屏、触摸屏、电源管理电路、WIFI&蓝牙模块、MCU电路、CAN通讯电路、语音识别电路等组成。

2.1.1 CPU、SPI NAND FLASH CPU采用全志V3S方案，具有功耗低、性价比高等优点。V3S采用ARM Cortex-A7处理器，芯片内部自带64 MB DRAM内存，只需外置一个SPI Nand flash便可构成最小系统。提供3路UART接口、2路TWI接口，支持最大分辨率1024x768 RGB/LVDS液晶屏，支持Android-lite、Linux操作系统。CPU主要用于液晶屏、触摸屏的控制及UI界面控制数据处理及传输。

SPI NAND FLASH使用华邦W25N01GVZEIG存储器，具有128M-byte存储容量，具有65536个可编程页，每个页2048字节。支持标准串行外设接口、双/四I/O SPI，SPI时钟频率高达104MHz。主要用于V3S的程序存储、UI界面及控制数据存储。V3S与SPI NAND FLASH连接如图4所示。

图3 多功能智能家居面板电路框图

图4 V3S与SPI NAND FLASH连接图

2.1.2 液晶显示屏、触摸屏 液晶显示屏使用4寸TFT液晶屏，具有720*720分辨率，V3S通过控制液晶屏显示灯光面板、窗帘面板、调光面板、新风面板等各种功能面板UI界面。

触摸屏采用敦泰科技电容式触摸控制器FT6336U，内置16位增强微控制器单元(MCU)。支持单点触摸、手势触摸或双点触摸，用于各种显示界面的触摸控制。

V3S通过RGB接口与液晶显示屏进行连接，通过I2C接口与触摸屏进行连接，如图5所示。

图5 V3S与液晶屏、触摸屏连接图

2.1.3 电源管理电路 电源管理电路采用全志AXP203电源管理芯片，具有2路DCDC降压控制器、5路LDO稳压器，电压/电流/温度等多路12-Bit ADC。AXP203具有过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、过流(OCP)等保护电路，提高了电源系统安全性、稳定性。

AXP203还提供了一个I2C接口用于与V3S进行通讯，V3S通过I2C接口可以打开或关闭电源输出，设置输出电压值，访问寄存器和多种测量数据。

AXP203主要为V3S、NAND FLASH、液晶屏、触摸屏等进行供电，如图6所示。

图6 AXP203供电图

2.1.4 WIFI&蓝牙模块 WIFI&蓝牙模块采用正基科技的WiFi、蓝牙二合一模块AP6236，手机通过WIFI或者蓝牙便可实现对智能家居设备进行远程控制。WiFi电路通过SDIO接口与V3S通讯，蓝牙电路通过UART流控制接口与V3S通讯，如图7所示。

图7 V3S与AP6236连接图

2.1.5 MCU电路、CAN通讯电路 由于V3S本身没有CAN通讯接口，使用STM32F042F32进行接口扩展，其具有两个UART接口、1个CAN接口，采用TSSOP20封装。

CAN总线通讯采用ATA6561芯片，通讯速率可以达到5Mbits/s，通讯实时性强，具有短路和过热保护功能。

图8 V3S、STM32F042F32、ATA6561连接图

如图8所示，V3S与STM32F042F32通过UART接口连接，STM32F042F32通过CAN接口与ATA6561连接。数据发送时，V3S通过UART1接口将数据发送给MCU，MCU将接收到的数据通过CAN接口送至ATA6561并传输到CAN总线上。数据接收时，ATA6561将CAN总线上接收的数据传输到MCU，MCU再将数据传输到V3S进行数据处理。

2.1.6 语音识别电路 语音识别使用启英泰伦的CI1103芯片，芯片内置脑神经网络处理器及语音加速传感器，具有160 MHz的主频，UART、I2C等多种通讯接口，支持本地离线语音识别，用户在无需连接外网的情况下便可进行语音控制。

用户通过唤醒词唤醒设备后，可通过“动作+地点+设备”的方式进行控制，如通过语音“小狄，小狄”进行唤醒，智能面板会播报语音“我在”提示唤醒成功，通过语音“打开卧室台灯”，CI1103采集语音并通过算法解析出“打开卧室台灯”命令后通过UART接口传输给CPU V3S，V3S根据传输的命令控制相应的设备进行动作，设备执行动作完成后播放“卧室台灯已打开”提示音。

3 结束语

本设计的CAN总线多功能智能家居面板采用标准的86盒尺寸，可直接替代普通的各种智能家居控制面板，解决智能家居控制面板种类繁多既影响美观又施工复杂的痛点，装修既简约又美观，施工布线简单，可节约工程施工成本。采用AI语音识别技术，通过语音指令便可控制智能家居设备，突破传统的控制方式，更加智能化、人性化，增加使用的便捷性。