陳 吉，商紅桃

（1.常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213011；2.常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213025）

一種基于RFID智能家居模擬系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)

陳 吉1，商紅桃2

（1.常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213011；2.常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213025）

射頻識別技術(shù)（RFID）是近幾年新型的一種識別技術(shù)，具有非接觸性、讀寫速度快、反應(yīng)靈敏、識別率高等多重優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)?；赗FID技術(shù)，完成了智能家居模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括身份識別、溫度設(shè)定以及室溫檢測調(diào)整功能。采用了AT89C52、STC11F32XE、MF RC522等核心器件。仿真結(jié)果表明，該方法是正確和有效的。

智能家居；RFID；控制系統(tǒng)；溫度傳感器

智能家居（Smart Home）概念起源微軟的智能家居體系，其基本要求是以個(gè)人住宅為信息化設(shè)計(jì)的平臺，將通常意義上的建筑設(shè)計(jì)成具備網(wǎng)絡(luò)通信、自動化控制、智能管理的完整系統(tǒng)，同時(shí)要保證滿足環(huán)境友好的要求，突出能源優(yōu)化方案以及整個(gè)系統(tǒng)體系的安全性。本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是完成基于RFID的智能家居模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)身份識別、預(yù)設(shè)溫度的設(shè)定以及室溫的檢測調(diào)整功能。通過系統(tǒng)運(yùn)行和仿真，實(shí)現(xiàn)了射頻讀卡、溫度采集和調(diào)整功能，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)分為如下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，溫度檢測模塊，顯示模塊，串口發(fā)送/接收模塊和按鍵模塊等。

數(shù)據(jù)采集模塊用于當(dāng)有射頻卡進(jìn)入到讀卡器范圍時(shí)，RFID讀卡器啟動掃描；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)處理射頻讀卡器傳送的數(shù)據(jù)以及其他信號處理；溫度檢測模塊用于檢測當(dāng)前溫度，并對對應(yīng)相關(guān)卡號進(jìn)行操作；顯示模塊用來接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理后予以在LCD上顯示；串口發(fā)送/接收模塊主要通過串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；按鍵模塊用于輸入操作以及復(fù)位操作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為射頻模塊和溫度檢測模塊。

射頻模塊主要由 STC11F32XE單 片機(jī)、LCD12864顯示、RC522射頻讀卡器組成，硬件電路包括微控制器、LCD顯示器、射頻讀卡器、串口、按鍵等部分。當(dāng)讀卡器檢測到有M1卡進(jìn)入讀卡范圍時(shí)，便讀取卡號傳送給單片機(jī)，有單片機(jī)驅(qū)動在LCD12864上進(jìn)行顯示，同時(shí)將溫度信息傳輸給溫度檢測模塊，增強(qiáng)型的STC單片機(jī)通過與讀卡器的SPI總線連接，通過模擬SPI時(shí)序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。射頻模塊設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 射頻模塊設(shè)計(jì)框圖

溫度檢測模塊主要由AT89C52主控芯片、基于IIC總線的MCP9801、DS1302始終芯片組成。硬件電路包括微控制器AT89C52、LCD1602顯示、串口通信MAX232、按鍵電路、DS1302時(shí)鐘電路等部分。微控制器AT89C52負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制操作，中控芯片負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化，驅(qū)動各個(gè)模塊以及協(xié)調(diào)控制。按鍵按下時(shí)溫度檢測模塊檢測當(dāng)前溫度，通過單片機(jī)輸出到1602液晶顯示器上。1302通過單片機(jī)在液晶屏上顯示當(dāng)前時(shí)間，同時(shí)當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時(shí)，微控器負(fù)責(zé)匹配當(dāng)前溫度。溫度檢測模塊設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 溫度檢測模塊設(shè)計(jì)框圖

2.1 讀卡器電路設(shè)計(jì)

本部分設(shè)計(jì)采用STC公司生產(chǎn)的STC11F32XE單片機(jī)，該單片機(jī)是低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含32kB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)擴(kuò)展了P4口，使功能比常規(guī)51系列單片機(jī)更加強(qiáng)大。設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖3所示。

圖3 STC11F32XE與射頻芯片連接原理圖

設(shè)計(jì)中單片機(jī)與讀卡芯片之間通過排針相連，單片機(jī)P0.5、P0.6、P0.7、P4.1、P2.6分別用于與射頻芯片的SDA、SCK、MOSI、MISO、RST相連，分別為數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線、主數(shù)據(jù)輸入、主數(shù)據(jù)輸出、復(fù)位功能。MF RC522是采用被動式非接觸半雙工通信模式，工作頻段為13.56MHz，具備高集成度、低成本的優(yōu)勢。

2.2 MF RC522匹配電路和天線設(shè)計(jì)

MF RC522是MF RC500系列的產(chǎn)品之一，具有獨(dú)立的讀卡、校驗(yàn)、加密功能，其設(shè)計(jì)基本要求是不在芯片外部使用獨(dú)立放大電路可以實(shí)現(xiàn)10cm以上的通信，這就為外圍無源射頻電路設(shè)計(jì)提供條件。由于設(shè)計(jì)中所使用的射頻全部為近距離通信，故采用直接天線匹配，同時(shí)滿足射頻部分工作頻率13.56 MHz。

天線可等效為一個(gè)阻容耦合電路，工作頻率是13.56 MHz，在這個(gè)頻率下，電阻的集膚效應(yīng)所導(dǎo)致的損耗不能忽略，天線電路如圖4所示。

圖4 天線電路

2.3 溫度檢測電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過AT89C52控制溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，電路原理圖如圖5所示。溫度傳感器采用美國微芯科技公司的MCP9801芯片，MCP9800/1/2/ 3系列數(shù)字溫度傳感器可將在-55～+125°C范圍之間的溫度轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)值，在-10～+85°C時(shí)，精度為±1°C。

2.4 串口通信模塊設(shè)計(jì)

兩塊單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信是通過串行口進(jìn)行的，電路采用RS-232電平設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，通過單片機(jī)的10引腳P3.0（RXD）、11引腳P3.1（TXD）與電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的9引腳（R2OUT）、10引腳（T2IN）相連接，MAX232的7引腳（T2OUT）、8引腳（R2IN）與9針D型插座2（RXD）引腳、3（TXD）引腳相連，MAX232的5引腳接地。9針D型插頭與計(jì)算機(jī)的9針D型插頭相連接來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通信的硬件連接。電路原理圖如圖6所示。

圖5 溫度傳感器電路

圖6 串口連接電路原理圖

2.5 其他輔助電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中除了以上主要電路外，還用到了12864和1602兩塊液晶顯示器以及DS1302的I2C接口的時(shí)鐘芯片、蜂鳴器、按鍵等輔助電路。

顯示器1602與AT89C52相連，配合溫度傳感器和時(shí)鐘芯片顯示當(dāng)前檢測溫度以及時(shí)間；顯示器12864與STC11F32XE相連，其中涉及數(shù)據(jù)和控制端的連接，配合單片機(jī)以及射頻芯片輸出卡號和與卡號相對應(yīng)的最適溫度。

時(shí)鐘電路采用美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片DS1302，它可以對年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和分析、模塊之間的通信，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，采用C語言編寫，主要包括射頻模塊和溫度檢測模塊兩部分。

3.1 射頻模塊軟件設(shè)計(jì)

射頻模塊設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊和串口通信等6個(gè)部分。程序流程圖如圖7所示。

圖7 射頻模塊程序流程圖

圖8 溫度檢測模塊程序流程圖

3.2 溫度檢測模塊軟件設(shè)計(jì)

溫度檢測模塊設(shè)計(jì)主要包括串口通信、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊4個(gè)部分。程序流程圖如圖8所示。

4 仿真結(jié)果

設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了實(shí)物的連接和虛擬仿真，仿真電路和結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 溫度檢測電路整體運(yùn)程圖

從運(yùn)行結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對智能家居系統(tǒng)的溫度采集、調(diào)整和身份識別功能。

圖10 射頻模塊整體運(yùn)行示意圖

5 結(jié) 論

本次次設(shè)計(jì)通過在控制器AT89C52、STC11F32XE和MF RC522系列讀卡器的基礎(chǔ)上外接溫度傳感器、液晶顯示器等外圍模塊，采用無線射頻識別技術(shù)，整個(gè)電子線路在實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)原理的要求上盡可能簡潔化，并考慮了各模塊之間的復(fù)位操作、接地以及電壓穩(wěn)定性等諸多問題。

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A simulation and implementation of Smart Home system based on RFID

CHEN Ji1，SHANG Hong-tao2
（1.Changzhou Railway Vocational Technology College，Changzhou 213011，China；2.Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College，Changzhou 213025，China）

Radio Frequency IDentification（RFID）is a new technology in recent years.Because of its advantages such as non-contact，fast read and write-speed，sensitive reaction，high recognition rate and so on，RFID is widely used in IOT areas.Based on RFID，this paper completes the smart home simulation system，includes realization of identity，temperature setting and temperature measurement and adjustment.Using AT89C52、STC11F32XE a、RC522 MF and other core devices.The simulating result shows that the method is correct and effective.

Smart Home；RFID；control system；temperature sensor

TN6

A

1674-6236（2017）09-0079-04

2016-04-01稿件編號：201604008

2014年度江蘇省高等學(xué)校"青藍(lán)工程"優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)項(xiàng)目（蘇教師[2014]23號）

陳 吉（1979—），女，江蘇南通人，碩士研究生，講師。研究方向：電工技術(shù)、智能控制。