智能家居無線傳輸系統設計

龍滔滔，吉承平，李志遠

（揚州職業大學江蘇揚州225002）

智能家居無線傳輸系統設計

龍滔滔，吉承平，李志遠

（揚州職業大學江蘇揚州225002）

本次設計的智能家居無線傳輸系統，使用戶能夠更好地享受其全智能的功能所帶來的方便。本課題主要利用無線傳輸主要技術，通過無線通信方式控制家居電源的開啟與關閉。將LED燈模擬為普通家居電源，將電動機模擬為電扇。利用單片機進行控制，編碼中包含各個LED燈的編址、打開或關閉的命令符，以及電動機正反轉的命令符。通過無線模塊傳輸，接收模塊接收到信號后，進行解碼，解碼后LED燈亮滅以及電動機的正反轉符合發送端命令。

智能家居；無線傳輸；單片機；編碼；解碼

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、通信技術及自動控制技術等有關技術實現家居設施的互聯，構建智能的住宅設施管理系統，從而實現安全舒適且環保節能的居住環境［1］，智能家居系統指的是將家居功能實現全智能自動化［2］。通過對物聯網和家居設備電源的調查發現，大多數家居設備現在還不具備“無線開啟”的特性，因此在此背景下，設計一套適用于無線通信的家居電源系統以適應物聯網發展的需要，成為了課題組成員共同的目標。

1　智能家居無線傳輸系統組成

智能家居無線傳輸系統的組成分為兩個部分，第一部分為無線命令發送系統，包括了獨立按鍵模塊與無線發送模塊；第二部分為無線命令接收以及處理系統，包括了無線接收模塊，單片機處理模塊以及電機控制與LED燈啟動模塊，框圖如圖1所示：

圖1　智能家居系統框圖

2　無線命令發送系統的設計

無線命令發送系統的作用是模擬智能家居的遙控設備，通過無線命令發送系統的按鍵發送智能家居電源的開關命令。

無線命令發送系統的3個按鍵控制分別為K1、K2、K3，其各有兩個功能，第一，按下任意按鍵后編碼芯片SC2262和發射模塊上電。第二，當K3按下時，編碼芯片SC2262的D3口獲得一個高電平被置“1”而D0、D1、D2接地被置“0”此時自動生成了第一種波形，然后被SC2262編碼、調制最后由17腳輸出送給發射模塊，發射模塊將其發出，接收模塊接收信號，進行解調、解碼、地址碼匹配，匹配后的結果送由單片機確定為電動機開啟命令。當K2按下時D2口被置“1”而DO、D1、D3接地被置成“0”此時自動生成了第二種波形，然后被SC2262編碼、調制最后由17腳輸出送給發射模塊，發射模塊將其發出，接收模塊接收信號后，由單片機確定一種智能家居電源的開啟與關閉。當K1被按下時D1口被置“1”而D0、D2、D3接地被置成“0”此時自動生成了第三種波形，然后被SC2262編碼、調制最后由17腳輸出送給發射模塊，發射模塊將其發出，被接收模塊接收信號后，由單片機確定另一種智能家居電源的開啟與關閉。

圖2　無線命令發送系統原理圖

3　無線命令接收及處理系統的設計

無線命令接收及處理系統分為二個部分，分別為無線接收模塊和單片機處理模塊，無線接收模塊的主要作用接收無線命令發送系統發送出來的命令，并進行相應的解碼，并將解碼結果傳送至單片機，單片機處理模塊的主要作用是根據解碼結果進行對應電動機與LED電源的啟動與關閉。

圖3　無線接收模塊工作原理圖

接收電路輸出端利用三極管9013將輸出的高電平轉化為低電平，單片機可以更好的識別電平變化的過程。

無線接收的主要作用是把遙控器發送的數據轉換成控制脈沖指令，主要是利用超再生接收電路原理，將天線接收的已調信號，經放大電路對接收信號進行放大，再經選頻網絡將信號進行下變頻，然后經LM358構成的檢波電路，最終解調出調制信號。

超再生檢波電路實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發射頻率一致。間歇振蕩是在高頻振蕩的振蕩過程中產生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩與間歇。而間歇振蕩的振蕩頻率是由電路的參數決定的。振蕩頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低，反之，頻率選高，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。超再生檢波電路增益很高，在未收到各種控制信號時，由于受電路自身的熱騷動和外界雜散信號的干擾，產生一種特有的噪聲，叫超噪聲，這個噪聲的頻率范圍在0.3～5kHz之間。在沒有信號時，超噪聲電平非常高，經濾波、放大后就會輸出噪聲電壓。當有控制信號到來時，電路諧振以及超噪聲被抑制，高頻振蕩器產生振蕩，此時有信號輸出。

4　狀態指示電路

本功能采用3個LED指示燈來指示系統工作狀態，如圖4所示。當紅燈亮時，電機正傳，紅燈滅時，電機反轉。當藍燈亮時，表示一種智能家居電源的開啟，當黃燈亮時，表示另一種智能家居電源的開啟。碰觸到行程開關時，相應紅色指示燈閃爍3下，同時電動機停止轉動。

用P1口控制發光二極管的顯示，當上電復位以后，P1各端口均為高電平，如果控制電機正反轉的按鈕被按下，那么就調用軟件把相應端口置為低電平，相應的發光二極管就會亮，用它來表示直流電機所處的狀態。

圖4　狀態指示電路圖

5　電機控制電路

本設計采用兩個繼電器的吸合狀態控制直流電動機的旋轉方向，來模擬控制類電源的啟動與關閉，兩個繼電器采用5V繼電器，通過9012三極管驅動繼電器的吸合，如圖5所示。

圖5　電機正反轉控制電路

當單片機的P3.0給低電平時，PNP型三極管9012導通，電流流到線圈，線圈得電，繼電器吸合，JDQ1公共端和常開端結合。電流經過JDQ2的常閉端流過電機，經過JDQ1常開端流到負極，這時電機正轉；要實現電機的反轉時，P3.0是高電平，圖中左端的繼電器不工作。P3.5給低電平，繼電器吸合，JDQ2的公共端和常開端結合。電流從電源經過JDQ1常閉端流到電機，經過JDQ2常開端到負極，這時候實現電機的反轉；當P3.0和P3.5都是高電平的時候，兩個繼電器都不工作，電機的兩端都是高電平，這時電機不工作。

6　主程序設計

首先對系統進行初始化，然后進入無線發送子程序，檢測3個按鍵的狀態。如果檢測到了按鍵按下，無線接收子程序開始啟動，并判斷是哪個按鍵按下，解碼成功后進入相應的電源啟動子程序，打開對應的LED燈或則電動機。然后進入循環狀態，進入無線發送模塊的按鍵檢測子程序。

圖6　主程序設計流程圖

7　特色與不足

本設計采用AT89C51單片機作為控制核心，以無線作為通信方式。硬件部分主要包括遙控發射和接收模塊、電機正反轉控制模塊以及LED狀態指示模塊等。設計中利用兩個繼電器來控制電機的正反轉，實現電扇電源模擬。通過3個不同顏色的發光二極管來顯示智能家居不同電源工作狀態。早期研究多采用諸如RS485或電力線載波等技術組成有線網絡［3］，本系統是控制模塊與智能終端之間采用無線傳輸方式，避免了有線連接方式布線復雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內美觀等缺點［4］。本設計的不足在于無線通信只能夠在控制模塊與終端之間進行，而終端與終端之間的互聯，智能家居系統與互聯網的互聯還未實現，無法實現智能家居與互聯網之間的信息共享。

8　結束語

“物聯網”技術迅猛的發展速度卻是前所未有的。在我國，物聯網的概念正逐步被人們所認識和接受，家居智能化技術也正逐步深入和推廣［5］。文中使用無線通信技術和單片機構成系統的控制平臺，實現對家居電源的開啟控制，具有一定的實用性。隨著人們生活水平的提高和通信技術的發展，實現對智能家居的遠程控制，勢必會成為一個發展趨勢，值得我們更深入地研究和探討［6］。

［1］俞文俊，凌志浩.一種物聯網智能家居系統的研究［J］.自動化儀表，2011，32（8）：56-59.

［2］閔麗娟，盧捍華，陳玲．智能家居的系統結構及相關無線通信技術研究［J］.計算機技術與發展，2011，21（8）:169－172．

［3］蘭勇，張博.基于Internet的物聯網系統中設備互聯和實時在線技術［J］.計算機測量與控制，2011，19（6）：1449-1451.

［4］李紅剛，張素萍，方佳，董玲嬌.基于ARM的智能家居遠程監控系統設計［J］.數控技術，2009，292（5）:134-138

［5］葉興貴，繆仁希.基于Zigbee的智能家居物聯網系統［J］.現代建筑電氣，2010，（9）：25-28.

［6］郭穩濤，何怡剛.智能家居遠程監控系統的研究與設計［J］.東北林業大學學報計算機測量與控制，2011，19（9）：2109-2112.

The design of wireless transmisson system for smart home

LONG Tao-tao，JI Cheng-ping，LI ZHI-yuan
（Yangzhou Polytechnic College，Yangzhou 225002，China）

The design of smart home wireless transmission system，the user can better enjoy the convenience of its full intelligence capabilities.This topic using wireless transmission technology，the household power on or off is controled by wireless communication.The LED light is simulated as ordinary household power supply，the motor is simulated as fan.It is controled by single-chip microcomputer，code contains LED lights in addressing，the command character for opening or closing the LED，and the command character of positive and negative rotation.Through the wireless module，module receives the signal，decodes code thentheLEDlightsonoroffandpositiveornegativerotationstayconsistentwiththecommandofsendingend.

smart home；wireless transmisson；scm；code；decode

TN80

A

1674－6236（2016）17-0122-03

2015-09-09稿件編號：201509071

江蘇省大學生創新項目（201411462001Y）

龍滔滔（1982—），男，江蘇揚州人，碩士研究生，講師。研究方向：電源設計，單片機設計，無線通信設計等。