摘 要：隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)生存環(huán)境要求越來(lái)越高，在當(dāng)前現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的進(jìn)程中，人們的生活悄然發(fā)生了改變，更加人性化的智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，全面提升了人們生活品味，改變了人們生活狀態(tài)。現(xiàn)代科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，使無(wú)線(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究更加深入，RF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸芯片在實(shí)際生活中得到廣泛應(yīng)用，為人們提供了更加便利的生活空間。文章主要通過(guò)對(duì)智能系統(tǒng)的全面分析，進(jìn)一步探討系統(tǒng)總體架構(gòu)及設(shè)計(jì)硬件模塊思路，以此改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)，完善思路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸芯片；設(shè)計(jì)探討；接口

引言

人們大部分時(shí)間是生存在房屋內(nèi)，房屋的功能影響著人們的生存質(zhì)量，為了全面提高人們居住條件，滿(mǎn)足人們快的緊張生活需求，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，智能家居系統(tǒng)主要依靠住宅平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)，智能系統(tǒng)是一套全新的系統(tǒng)，是近年來(lái)才大規(guī)模興起的高端科技，主要是通過(guò)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，利用高度發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把建筑內(nèi)的安防、家電、娛樂(lè)及照明等設(shè)備進(jìn)行連接，一個(gè)全系統(tǒng)折協(xié)調(diào)工作流程，使各個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了相互作用與反作用，同時(shí)也能利用現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制，使各設(shè)備進(jìn)行工作與操作，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的科技化、智能化和現(xiàn)代化，進(jìn)一步提高人們生活質(zhì)量。

1 智能家居系統(tǒng)發(fā)展

隨著現(xiàn)代科技的大發(fā)展大繁榮，創(chuàng)新技術(shù)不斷得到應(yīng)用，為了滿(mǎn)足人們?nèi)找嫣岣叩奈镔|(zhì)生活需要，智能家居已經(jīng)成為現(xiàn)代研究方向，其發(fā)展日漸強(qiáng)勢(shì)，智能家居完全滿(mǎn)足了人們?nèi)粘Ｉ钇鹁有枰?，涉及到人們生活的各個(gè)方面，以其新穎優(yōu)異的特性為人們家庭起居帶來(lái)方便，這是一種全新的生活理念，是時(shí)代發(fā)展的必然要求，注定引領(lǐng)未來(lái)生活趨勢(shì)。人們?cè)谏钪袑?duì)品味的追求一直沒(méi)改變，生活越來(lái)越細(xì)致，現(xiàn)代家居家用電器種類(lèi)不斷增加，一些家電在功能設(shè)計(jì)上雖然完美，但在操作中卻顯得非常的繁瑣復(fù)雜，要想真正實(shí)現(xiàn)家電的方便、快速的操作目標(biāo)，就需要有一個(gè)整體的配套系統(tǒng)對(duì)眾多電器進(jìn)行管理與控制，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員利用了無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使所有的電器實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。在實(shí)際設(shè)計(jì)思路中，設(shè)計(jì)人員通過(guò)總體研究，把家庭中應(yīng)用的電器進(jìn)行連接，通過(guò)總線(xiàn)技術(shù)將家用電器、通訊設(shè)備以及家庭保安裝備等多種設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)，通過(guò)與信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，確保家居連接到一個(gè)智能系統(tǒng)上，通過(guò)集中或分散監(jiān)控進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)家電的綜合功能展現(xiàn)，提高生活效率與質(zhì)量。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要連接相關(guān)電器設(shè)備，更要在使用中與居住的環(huán)境形成配套，保證智能家庭設(shè)施跟現(xiàn)實(shí)中的居住環(huán)境相協(xié)調(diào)一致。不論怎樣，功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于智能家居控制系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，家庭總線(xiàn)系統(tǒng)屬于這種家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，利用它為使用者提供各種優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)，同時(shí)居住地之外的外部環(huán)境也與之相通連。智能住宅的核心就是智能家居系統(tǒng)，因此，智能家居系統(tǒng)在智能家庭中處于異常重要的地位。

2 智能家居系統(tǒng)概述

在智能家居發(fā)展過(guò)程中，有兩種解決方案，一是有線(xiàn)方式，二是無(wú)線(xiàn)方式，這是當(dāng)前普遍應(yīng)用的兩種智能家居系統(tǒng)控制方法。智能家居需要的線(xiàn)路較多，有一些復(fù)雜的工程整體布線(xiàn)工程非常復(fù)雜，有線(xiàn)系統(tǒng)存在許多不足，比如較差的保密性、接入設(shè)備昂貴、不能充分滿(mǎn)足音頻與視頻信號(hào)傳輸、接線(xiàn)布線(xiàn)復(fù)雜等，這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙著智能家居未來(lái)的發(fā)展，當(dāng)前，這些問(wèn)題也沒(méi)有得到更好的解決，將來(lái)，這些難題會(huì)伴隨4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸成熟而得到更好的改善。要想推進(jìn)智能化發(fā)展，就需要在無(wú)線(xiàn)條件下的控制系統(tǒng)做文章，提高智能化科技化含量，無(wú)線(xiàn)方法是很多智能家居公司著眼解決的主要問(wèn)題，通過(guò)研究形成更加智能的系統(tǒng)控制方法。無(wú)線(xiàn)工程有效解決了以上問(wèn)題，雖然價(jià)格稍微高一些，但能夠充分解決布線(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)也滿(mǎn)足了4G需求，大大提高了系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

智能家居系統(tǒng)作為綜合性操控系統(tǒng)，有著廣泛的內(nèi)容定義，主要包含不同類(lèi)別家電設(shè)備、相關(guān)的接口設(shè)備、功能性主機(jī)和附屬設(shè)備，在智能家居中，主機(jī)和從機(jī)都有無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，主機(jī)發(fā)出的信號(hào)能夠在一定范圍內(nèi)由從機(jī)接收到，這種通過(guò)收發(fā)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建小范圍的關(guān)聯(lián)性就是無(wú)線(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)。智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件是主要內(nèi)容，是當(dāng)前無(wú)線(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)的關(guān)鍵。

系統(tǒng)工作原理較為復(fù)雜，簡(jiǎn)要的說(shuō)就是采用通用性模塊對(duì)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)處理。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以O(shè)SI模型為標(biāo)準(zhǔn)，全面掌握好nRF24L01芯片特質(zhì)。系統(tǒng)主機(jī)構(gòu)建單片機(jī)核心，CPU是中心處理器，對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行集成，主要作用是處理系統(tǒng)產(chǎn)生的大量信號(hào)，通過(guò)集中分析與控制，發(fā)揮技術(shù)作用，做好系統(tǒng)設(shè)備硬件功能劃分，不同的硬件有不同的作用，要使各硬件產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，形成交互通信能力，確保硬件設(shè)施互換性和互相操作性，在接口設(shè)計(jì)上，要統(tǒng)一協(xié)調(diào)，對(duì)不同的功能做好系統(tǒng)編程，保證了智能設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片，主要由頻率調(diào)制器、合成器、晶體振蕩器等組成，其拓展功能更加強(qiáng)大，nRF24L01作為全新型單片射頻收發(fā)器件，能夠有效地提供物理層數(shù)據(jù)及相關(guān)管理內(nèi)容，對(duì)物理無(wú)線(xiàn)信道和MAC子層之間接口做了全面的定義。主要利用了FSK進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)制，由多個(gè)可調(diào)控頻道進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)了跳頻及頻道切換，大大縮短了工作時(shí)間，避免出現(xiàn)局部干擾，使跳頻故障率減少。nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置主要是利用了MCU串口作用，從機(jī)對(duì)接收的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，對(duì)接方式主要是空中進(jìn)行，執(zhí)行MCU的指示任務(wù)，對(duì)家電產(chǎn)生系統(tǒng)完整的操作控制。

4 設(shè)計(jì)思路

4.1 硬件電路設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)2.4G網(wǎng)絡(luò)中控制中心的分析，我們看到不同的節(jié)點(diǎn)如同協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，擁有節(jié)點(diǎn)的管理和2.4G網(wǎng)絡(luò)建立等任務(wù)操作功能。智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，工作中，主要由控制中心節(jié)點(diǎn)處理相關(guān)接收到的信息內(nèi)容，通過(guò)系統(tǒng)的分析處理，形成有效數(shù)據(jù)包，利用RS-232串口與PC機(jī)連接，顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，對(duì)更改部分可以利用鍵盤(pán)進(jìn)行有效輸入，液晶顯示部分能夠直觀看到工作狀態(tài)。

4.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

傳感器是系統(tǒng)的主要部分，包括時(shí)鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無(wú)線(xiàn)模塊，這些內(nèi)容是傳感器節(jié)點(diǎn)硬件的關(guān)鍵。不同傳感器節(jié)點(diǎn)信息發(fā)出后，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)通過(guò)控制中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行快速處理，利用nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊做好信息的全面接收，串口模塊發(fā)送信息至上位機(jī)，能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。

4.3 串口通信單元設(shè)計(jì)

串口通信單元設(shè)計(jì)較為重要，如果設(shè)計(jì)不理想，則影響工作效果，STC12C5A60S2增強(qiáng)型51芯片存在串行口接口，利用3根通信線(xiàn)實(shí)現(xiàn)串行通信，輸送時(shí)使用TXD串行數(shù)據(jù)，接收時(shí)使用RXD串行數(shù)據(jù)，地線(xiàn)是GND信號(hào)，不同的線(xiàn)路有不同的作用，要進(jìn)行明確標(biāo)注，避免出現(xiàn)串線(xiàn)現(xiàn)象。

4.4 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

硬件只是設(shè)計(jì)要點(diǎn)的一部分，最主要是是在智能家居設(shè)計(jì)中，射頻片nRF2401的使用。功率放大器，頻率合成器，調(diào)制器以及晶體振蕩器這些功能模塊集中都放進(jìn)芯片里面，確保射頻片能夠順利在2.4～2.5GHzISM頻段內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，利用設(shè)計(jì)好的程序配置通信頻道，保證相關(guān)輸出功率符合設(shè)計(jì)要點(diǎn)。nRF2401最大的優(yōu)勢(shì)在于，能夠同時(shí)使用同一天線(xiàn)，對(duì)不同頻道數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，做好準(zhǔn)確接收。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)越來(lái)越被人們重視，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能系統(tǒng)必然成為人們生活首選。只有設(shè)計(jì)出使用方便、功耗超低的系統(tǒng)，才能有效提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性與可靠性。

參考文獻(xiàn)

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