龍?zhí)咸?，吉承平，李志遠

（揚州職業(yè)大學(xué)江蘇揚州225002）

智能家居無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計

龍?zhí)咸?，吉承平，李志遠

（揚州職業(yè)大學(xué)江蘇揚州225002）

本次設(shè)計的智能家居無線傳輸系統(tǒng)，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(shù)，通過無線通信方式控制家居電源的開啟與關(guān)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(guān)閉的命令符，以及電動機正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)符合發(fā)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(shù)、通信技術(shù)及自動控制技術(shù)等有關(guān)技術(shù)實現(xiàn)家居設(shè)施的互聯(lián)，構(gòu)建智能的住宅設(shè)施管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)安全舒適且環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境［1］，智能家居系統(tǒng)指的是將家居功能實現(xiàn)全智能自動化［2］。通過對物聯(lián)網(wǎng)和家居設(shè)備電源的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)家居設(shè)備現(xiàn)在還不具備“無線開啟”的特性，因此在此背景下，設(shè)計一套適用于無線通信的家居電源系統(tǒng)以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要，成為了課題組成員共同的目標(biāo)。

1　智能家居無線傳輸系統(tǒng)組成

智能家居無線傳輸系統(tǒng)的組成分為兩個部分，第一部分為無線命令發(fā)送系統(tǒng)，包括了獨立按鍵模塊與無線發(fā)送模塊；第二部分為無線命令接收以及處理系統(tǒng)，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(tǒng)框圖

2　無線命令發(fā)送系統(tǒng)的設(shè)計

無線命令發(fā)送系統(tǒng)的作用是模擬智能家居的遙控設(shè)備，通過無線命令發(fā)送系統(tǒng)的按鍵發(fā)送智能家居電源的開關(guān)命令。

無線命令發(fā)送系統(tǒng)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(fā)射模塊上電。第二，當(dāng)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(diào)制最后由17腳輸出送給發(fā)射模塊，發(fā)射模塊將其發(fā)出，接收模塊接收信號，進行解調(diào)、解碼、地址碼匹配，匹配后的結(jié)果送由單片機確定為電動機開啟命令。當(dāng)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(diào)制最后由17腳輸出送給發(fā)射模塊，發(fā)射模塊將其發(fā)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(guān)閉。當(dāng)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(diào)制最后由17腳輸出送給發(fā)射模塊，發(fā)射模塊將其發(fā)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(guān)閉。

圖2　無線命令發(fā)送系統(tǒng)原理圖

3　無線命令接收及處理系統(tǒng)的設(shè)計

無線命令接收及處理系統(tǒng)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(fā)送系統(tǒng)發(fā)送出來的命令，并進行相應(yīng)的解碼，并將解碼結(jié)果傳送至單片機，單片機處理模塊的主要作用是根據(jù)解碼結(jié)果進行對應(yīng)電動機與LED電源的啟動與關(guān)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(zhuǎn)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(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(diào)信號，經(jīng)放大電路對接收信號進行放大，再經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)將信號進行下變頻，然后經(jīng)LM358構(gòu)成的檢波電路，最終解調(diào)出調(diào)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(fā)射頻率一致。間歇振蕩是在高頻振蕩的振蕩過程中產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(jīng)濾波、放大后就會輸出噪聲電壓。當(dāng)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(chǎn)生振蕩，此時有信號輸出。

4　狀態(tài)指示電路

本功能采用3個LED指示燈來指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，如圖4所示。當(dāng)紅燈亮?xí)r，電機正傳，紅燈滅時，電機反轉(zhuǎn)。當(dāng)藍燈亮?xí)r，表示一種智能家居電源的開啟，當(dāng)黃燈亮?xí)r，表示另一種智能家居電源的開啟。碰觸到行程開關(guān)時，相應(yīng)紅色指示燈閃爍3下，同時電動機停止轉(zhuǎn)動。

用P1口控制發(fā)光二極管的顯示，當(dāng)上電復(fù)位以后，P1各端口均為高電平，如果控制電機正反轉(zhuǎn)的按鈕被按下，那么就調(diào)用軟件把相應(yīng)端口置為低電平，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會亮，用它來表示直流電機所處的狀態(tài)。

圖4　狀態(tài)指示電路圖

5　電機控制電路

本設(shè)計采用兩個繼電器的吸合狀態(tài)控制直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向，來模擬控制類電源的啟動與關(guān)閉，兩個繼電器采用5V繼電器，通過9012三極管驅(qū)動繼電器的吸合，如圖5所示。

圖5　電機正反轉(zhuǎn)控制電路

當(dāng)單片機的P3.0給低電平時，PNP型三極管9012導(dǎo)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(jié)合。電流經(jīng)過JDQ2的常閉端流過電機，經(jīng)過JDQ1常開端流到負極，這時電機正轉(zhuǎn)；要實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)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(jié)合。電流從電源經(jīng)過JDQ1常閉端流到電機，經(jīng)過JDQ2常開端到負極，這時候?qū)崿F(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)；當(dāng)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(shè)計

首先對系統(tǒng)進行初始化，然后進入無線發(fā)送子程序，檢測3個按鍵的狀態(tài)。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(yīng)的電源啟動子程序，打開對應(yīng)的LED燈或則電動機。然后進入循環(huán)狀態(tài)，進入無線發(fā)送模塊的按鍵檢測子程序。

圖6　主程序設(shè)計流程圖

7　特色與不足

本設(shè)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(fā)射和接收模塊、電機正反轉(zhuǎn)控制模塊以及LED狀態(tài)指示模塊等。設(shè)計中利用兩個繼電器來控制電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電扇電源模擬。通過3個不同顏色的發(fā)光二極管來顯示智能家居不同電源工作狀態(tài)。早期研究多采用諸如RS485或電力線載波等技術(shù)組成有線網(wǎng)絡(luò)［3］，本系統(tǒng)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(fù)雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內(nèi)美觀等缺點［4］。本設(shè)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(lián)，智能家居系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)還未實現(xiàn)，無法實現(xiàn)智能家居與互聯(lián)網(wǎng)之間的信息共享。

8　結(jié)束語

“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)迅猛的發(fā)展速度卻是前所未有的。在我國，物聯(lián)網(wǎng)的概念正逐步被人們所認識和接受，家居智能化技術(shù)也正逐步深入和推廣［5］。文中使用無線通信技術(shù)和單片機構(gòu)成系統(tǒng)的控制平臺，實現(xiàn)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(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)對智能家居的遠程控制，勢必會成為一個發(fā)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(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)無線通信技術(shù)研究［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2011，21（8）:169－172．

［3］蘭勇，張博.基于Internet的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備互聯(lián)和實時在線技術(shù)［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(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.數(shù)控技術(shù)，2009，292（5）:134-138

［5］葉興貴，繆仁希.基于Zigbee的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2010，（9）：25-28.

［6］郭穩(wěn)濤，何怡剛.智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)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(xué)生創(chuàng)新項目（201411462001Y）

龍?zhí)咸希?982—），男，江蘇揚州人，碩士研究生，講師。研究方向：電源設(shè)計，單片機設(shè)計，無線通信設(shè)計等。