邵陽學院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

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基于單片機的無線智能家居設計

邵陽學院信息工程系 吳 洋 許建明 陳炯明

【摘要】本設計通過把無線網(wǎng)絡技術結合到智能家居系統(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，可以實現(xiàn)火災報警、煤氣泄露、溫度檢測、智能調溫、智能調光等一系列功能。當有火災、煤氣泄露發(fā)生時，該無線智能家居系統(tǒng)就會發(fā)出相應的報警聲音，使得戶主在得到報警信息以后，馬上采取有效的應急措施，對緊急事故進行處理。能夠彌補有線設備的缺點，具有成本低、魯棒性好等優(yōu)點。

【關鍵詞】智能家居；報警；溫度檢測

1 系統(tǒng)工作原理

本無線智能家居網(wǎng)絡采用了NRF24L01無線模塊，該系統(tǒng)由中心節(jié)點和無線家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點組成。中心節(jié)點由一個單片機控制器和一個無線模塊組成，通過和無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點通信，可以獲得當前相應的家居環(huán)境信息。無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點是組成無線智能家居系統(tǒng)的基本單位，是構成無線智能家居系統(tǒng)的基本平臺。它由單片機微處理器（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，主要負責家居環(huán)境的檢測和報警信息的發(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)設計

2.1 環(huán)境監(jiān)測節(jié)點電路

無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點由單片機處理器STC89C52、NRF2401無線通信芯片、外圍原件和環(huán)境檢測傳感器組成。單片機處理器STC89C52是整個環(huán)境監(jiān)測節(jié)點硬件系統(tǒng)的控制核心部件，主要負責采集家居環(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，芯片內部有頻率合成器、功率放大、晶體振蕩器和調制器等模塊，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，工作的電流只有10.5mA，接收時的工作電流僅有18mA，有很多種低功率的工作模式，節(jié)能設計方便。無線數(shù)據(jù)傳輸采用NRF2401，當無線智能家居環(huán)境監(jiān)測節(jié)點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)測到室內出現(xiàn)的突發(fā)火災和煤氣泄露。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)點電路原理圖如圖2所示。

2.2 中心節(jié)點電路

中心節(jié)點電路由單片機、顯示電路、按鍵電路、LED指示、報警電路、無線接收模塊等組成，根據(jù)監(jiān)測節(jié)點傳輸來的信息進行相應的顯示和處理等。

3 軟件設計

在無線智能家居系統(tǒng)中，采用的是環(huán)境監(jiān)測節(jié)點循環(huán)發(fā)送，中心節(jié)點循環(huán)詢問和接收的方式進行數(shù)據(jù)通信。環(huán)境監(jiān)測節(jié)點采集到數(shù)據(jù)后，向中心節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)。如果發(fā)生安全事件時環(huán)境監(jiān)測節(jié)點對中心節(jié)點發(fā)送報警數(shù)據(jù)，中心節(jié)點接收到報警數(shù)據(jù)后驅動報警器發(fā)出報警信號。在正常情況則由中心節(jié)點實時監(jiān)測和分析環(huán)境監(jiān)測節(jié)點發(fā)送過來的環(huán)境數(shù)據(jù)，達到智能調溫和智能調光的功能。

圖2 環(huán)境監(jiān)測節(jié)點電路原理圖

4 結束語

根據(jù)無線通信技術和智能家居的優(yōu)缺點，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)采用了模塊化的設計，使得其具有比較好的移植性和擴展性能。并且在實驗室搭建出了一個無線智能家居系統(tǒng)模型進行實驗，初步的實驗現(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

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機原理及應用［M］.上海﹕上海交通大學出版社，2013.

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

［3］王東鋒，王會良等.單片機C語言應用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，大學本科，現(xiàn)就讀于邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業(yè)。

通信作者：

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術研究。