基于開關(guān)電源的無線智能家居控制系統(tǒng)

曹 超，趙建華

（西安工業(yè)大學(xué) 電信學(xué)院，陜西 西安 710032）

智能家居系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，且其功能越來越智能化、個(gè)性化，目前已成為國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)熱門課題。智能家居的基本功能是在一個(gè)小區(qū)內(nèi)建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，為各種信息數(shù)據(jù)的傳輸提供必要的通路，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家電和設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。智能家居終端是小區(qū)智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，不僅控制家庭中各種電器的運(yùn)行狀況和家庭內(nèi)的安全監(jiān)控，又可通過網(wǎng)絡(luò)集中到一個(gè)管理或控制中心，中心提供公共信息資源，或者對(duì)各個(gè)住戶提供集中安全監(jiān)控。智能家居終端在整個(gè)智能家居系統(tǒng)中起著一個(gè)樞紐的作用。智能家居終端的一個(gè)重要功能模塊就是通信模塊。如何制定和實(shí)現(xiàn)適合不同傳輸特點(diǎn)的通信協(xié)議是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

目前燈光的控制主要形式還是手動(dòng)逐個(gè)控制所有的燈具，這樣不僅麻煩而且效率低下 也不符合現(xiàn)代舒適生活的標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)可以便捷地控制燈光等功能的智能化燈光系統(tǒng)不僅具有實(shí)用價(jià)值，而且還具有廣闊的市場(chǎng)前景，智能不是昂貴和不實(shí)際的代名詞，而是方便 智能燈光控制，能控制不同生活區(qū)域不同場(chǎng)合的各種燈具。文中采用ST系列單片機(jī)將原來固定的機(jī)械式開關(guān)改無線遙控式的開關(guān)，利用無線遙控技術(shù)來發(fā)送信號(hào)，這樣一個(gè)無線遙控器再結(jié)合一個(gè)控制器就可以控制室內(nèi)的燈具的開啟，這樣不僅美觀且實(shí)用可以非常方便的使用。

1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由無線發(fā)送模塊、無線接受模塊和開關(guān)電源控制模塊3部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.1 Structure diagram of switching power supply control system

無線發(fā)送模塊負(fù)責(zé)發(fā)送對(duì)某一路負(fù)載電路的開和關(guān)指令，接收模塊負(fù)責(zé)接收來自發(fā)送模塊的指令，然后將指令交由開關(guān)電源控制模塊的處理器，處理器對(duì)指令進(jìn)行解析后控制開關(guān)電源模塊的繼電器的斷開和閉合，從而達(dá)到對(duì)負(fù)載供電電源智能控制的目的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 無線發(fā)送模塊設(shè)計(jì)

發(fā)送模塊主要由HS1527無線發(fā)碼芯片、聲表面濾波器、指示燈及濾波電路等組成，發(fā)送模塊作為遙控器來操作，電路圖如圖2所示。當(dāng)按下不同的按鍵K時(shí)，發(fā)碼芯片就會(huì)通過天線發(fā)出不同的編碼，編碼經(jīng)過天線發(fā)送到接收模塊由接收模塊將編碼交由控制模塊解析處理，發(fā)送模塊供電電壓12 V，由電池供電。

2.2 無線接收模塊設(shè)計(jì)

無線接收模塊由兩部分組成，供電部分由LNK304DN及外圍電路組成，該電路可將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流5 V電壓，分別給接收模塊和控制模塊的處理器供電，電路圖如圖3所示。

圖3 控制器供電電路Fig.3 Controller power supply circuit

無線接收部分主要由解碼芯片SYN500R、晶振和外圍電路組成超外差接收模塊，接收模塊負(fù)責(zé)接收來自發(fā)送模塊的編碼，然后將編碼交由處理器處理，處理器處理后通過放大器將信號(hào)放大，然后控制繼電器的開和合，接收部分電路圖如圖4所示。

圖4 無線接收電路Fig.4 Wireless receiving circuit

2.3 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊主要由處理器單片機(jī)、繼電器和外圍元件組成開關(guān)電源，con端接入交流照明電，AC-L和AC-N分別接入交流電火線和零線，OUT端連接負(fù)載，此系統(tǒng)可以控制多路負(fù)載，實(shí)驗(yàn)中該控制模塊連接了一個(gè)繼電器控制一路負(fù)載，控制模塊電路圖如圖5所示。

圖5 控制模塊電路Fig.5 Control module circuit

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，主程序工作流程軟件開發(fā)采用ST Visual Develop開發(fā)環(huán)境，使用C語(yǔ)言模塊化編程，為系統(tǒng)調(diào)試帶來極大的方便。

單片機(jī)上電后，各個(gè)模塊初始化，包括時(shí)鐘初始化、端口初始化以及變量初始化。初始化完成后程序進(jìn)入主循環(huán)，執(zhí)行遙控解碼程序和按鍵判斷程序，當(dāng)沒有按鍵按下及沒有遙控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，循環(huán)執(zhí)行遙控解碼程序和按鍵判斷程序。當(dāng)有操作后，程序進(jìn)入模式判斷狀態(tài)，單片機(jī)把遙控按鍵數(shù)據(jù)存到內(nèi)部的EEPROM里，達(dá)到掉電不丟失數(shù)據(jù)的目的，當(dāng)有符合的遙控按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的燈具打開或熄滅，操作完成后，程序再次進(jìn)入主循環(huán)，執(zhí)行遙控解碼程序和按鍵判斷程序，其流程圖如圖6所示。

圖6 軟件設(shè)計(jì)的流程圖Fig.6 Flow chart of the software design

4 結(jié)束語(yǔ)

本智能家居控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測(cè)試，控制器連接2盞100 W的照明燈作為負(fù)載進(jìn)行了初步調(diào)試，2個(gè)繼電器分別控制兩盞燈，利用遙控器控制兩盞燈的亮和滅，在室內(nèi)空曠距離20 m內(nèi)信號(hào)接收良好，實(shí)驗(yàn)較好的達(dá)到了預(yù)期效果，為下一步的研究提供了基礎(chǔ)。目前的智能家居無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)還處于不斷發(fā)展完善中，在實(shí)際應(yīng)用中也遇到了一些問題。例如受當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的干擾、傳送帶寬方面和穩(wěn)定性的限制，使得諸如高質(zhì)量活動(dòng)圖像傳輸?shù)纫恍└邔哟蔚墓δ軕?yīng)用仍比較難以實(shí)現(xiàn)，但隨著我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)的逐步建成，這些制約都將會(huì)被突破，家居智能化以及無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。

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