基于單片機(jī)的無線智能家居設(shè)計(jì)

邵陽學(xué)院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

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基于單片機(jī)的無線智能家居設(shè)計(jì)

邵陽學(xué)院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

【摘要】本設(shè)計(jì)通過把無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合到智能家居系統(tǒng)中，配合各種傳感器采集家里的環(huán)境信息，然后通過無線的方法將信息傳送給智能家居控制中心，可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄露、溫度檢測、智能調(diào)溫、智能調(diào)光等一系列功能。當(dāng)有火災(zāi)、煤氣泄露發(fā)生時(shí)，該無線智能家居系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲音，使得戶主在得到報(bào)警信息以后，馬上采取有效的應(yīng)急措施，對(duì)緊急事故進(jìn)行處理。能夠彌補(bǔ)有線設(shè)備的缺點(diǎn)，具有成本低、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】智能家居；報(bào)警；溫度檢測

1 系統(tǒng)工作原理

本無線智能家居網(wǎng)絡(luò)采用了NRF24L01無線模塊，該系統(tǒng)由中心節(jié)點(diǎn)和無線家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成。中心節(jié)點(diǎn)由一個(gè)單片機(jī)控制器和一個(gè)無線模塊組成，通過和無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通信，可以獲得當(dāng)前相應(yīng)的家居環(huán)境信息。無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)是組成無線智能家居系統(tǒng)的基本單位，是構(gòu)成無線智能家居系統(tǒng)的基本平臺(tái)。它由單片機(jī)微處理器（STC89C51）、無線通信模塊（NRF2401）、家居環(huán)境監(jiān)測傳感器（溫度傳感器、煙霧、煤氣檢測傳感器等）和一些外圍元器件組成，主要負(fù)責(zé)家居環(huán)境的檢測和報(bào)警信息的發(fā)送。無線智能家居控制器框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)電路

無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)處理器STC89C52、NRF2401無線通信芯片、外圍原件和環(huán)境檢測傳感器組成。單片機(jī)處理器STC89C52是整個(gè)環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)的控制核心部件，主要負(fù)責(zé)采集家居環(huán)境信息，發(fā)送NRF2401通信命令，控制信息的傳輸。Nordic公司的射頻收發(fā)芯片NRF2401是實(shí)現(xiàn)無線信息發(fā)送和接收的主要器件。NRF2401工作在2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)部有頻率合成器、功率放大、晶體振蕩器和調(diào)制器等模塊，輸出的功率和通信的頻道通過程序自由配置，芯片的功耗特別低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作的電流只有10.5mA，接收時(shí)的工作電流僅有18mA，有很多種低功率的工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)方便。無線數(shù)據(jù)傳輸采用NRF2401，當(dāng)無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通過連接的傳感器感知到外部環(huán)境異常的變化。例如，安裝在天花板上的煙霧、煤氣檢測器可以監(jiān)測到室內(nèi)出現(xiàn)的突發(fā)火災(zāi)和煤氣泄露。通過這些監(jiān)測傳感器，可以提供全面的安全監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖2所示。

2.2 中心節(jié)點(diǎn)電路

中心節(jié)點(diǎn)電路由單片機(jī)、顯示電路、按鍵電路、LED指示、報(bào)警電路、無線接收模塊等組成，根據(jù)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)傳輸來的信息進(jìn)行相應(yīng)的顯示和處理等。

3 軟件設(shè)計(jì)

在無線智能家居系統(tǒng)中，采用的是環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)循環(huán)發(fā)送，中心節(jié)點(diǎn)循環(huán)詢問和接收的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)后，向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)。如果發(fā)生安全事件時(shí)環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)對(duì)中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)，中心節(jié)點(diǎn)接收到報(bào)警數(shù)據(jù)后驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在正常情況則由中心節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的環(huán)境數(shù)據(jù)，達(dá)到智能調(diào)溫和智能調(diào)光的功能。

圖2 環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)電路原理圖

4 結(jié)束語

根據(jù)無線通信技術(shù)和智能家居的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于NRF24L01無線模塊的智能家居系統(tǒng)的組成方案，該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，使得其具有比較好的移植性和擴(kuò)展性能。并且在實(shí)驗(yàn)室搭建出了一個(gè)無線智能家居系統(tǒng)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明：采用基于NRF24L01無線模塊的智能家居系統(tǒng)具有很好的通信效率和較高的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.上海﹕上海交通大學(xué)出版社，2013.

［2］張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用（C51+PROTEUS仿真）［M］.北京﹕高等教育出版社，2012.

［3］王東鋒，王會(huì)良等.單片機(jī)C語言應(yīng)用100例［M］.西安﹕電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：

吳洋（1992—），男，貴州安順人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

通信作者：

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。