孫強(qiáng) 姚玲

【摘 要】隨著網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的進(jìn)步，對家庭信息的監(jiān)督與控制是現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的現(xiàn)實需求，其具有可靠性高以及操作簡單等優(yōu)勢。本文在分析智能家居系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對于如今智能家居發(fā)展的實際情況，利用STC主控制器與NRF24L01+芯片，設(shè)計得到最為簡潔的無線數(shù)傳智能家居系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)；智能家居；NRF24L01

中圖分類號： TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0105-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.048

【Abstract】With the progress of network and information technology，the supervision and control of household information is the realistic demand of modern intelligent home system，which has the advantages of high reliability and simple operation.Based on the analysis of the development status of intelligent home system，this paper designs the most simple wireless digital transmission intelligent home system by using STC main controller and NRF24L 01+chip.

【Key words】Network information technology；Smart home；NRF24L 01

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們環(huán)保理念的提升，綠色智能家居的概念也開始深入人心，對于居住環(huán)境的舒適程度要求逐漸提升。不過如今的家居市場上智能家居的能耗與體積都較大，不利于人們的使用。為此本文采用nRF24L01+射頻芯片，其具有的電量消耗極低，甚至在掉電的模式還可以待機(jī)工作。通過利用STC單片機(jī)與射頻芯片構(gòu)成中控系統(tǒng)對于室內(nèi)紅外裝置與室外濕度開展控制與調(diào)節(jié)，人體傳感器對位置信息采集與無線信息的收發(fā)，進(jìn)而得到控制系統(tǒng)。依據(jù)人的需求設(shè)定得到溫度范圍，在環(huán)境溫度不在這個范圍的時候，電機(jī)系統(tǒng)會接收得到控制信號，開展數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行開關(guān)窗操作等。

1 總體概述

1.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

依據(jù)系統(tǒng)的功能，本文設(shè)計的系統(tǒng)航油如下幾個模塊，具體如圖1所示：

1.2 系統(tǒng)的功能分析

本文設(shè)計的家居系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控，在感覺到有人進(jìn)入的時候，可以自動的開燈，人走之后等自動的關(guān)閉。溫度傳感器獲得室內(nèi)的溫度參數(shù)，進(jìn)行開關(guān)窗的操作來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，功能如下所示：

DS18B溫度傳感器，可以監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫度的變化，并將其發(fā)送到主接收模塊，在環(huán)境溫度不在設(shè)定溫度范圍內(nèi)的時候，溫度傳感器模塊將會控制所在電機(jī)依據(jù)溫度的高低來調(diào)價窗戶的開關(guān)。HC-SR505人體傳感器，其具有的功能為可以通過Key開關(guān)選擇。斷開開關(guān)之后，人體感應(yīng)模塊進(jìn)入到燈控功能模塊，在這個時候有人進(jìn)入到感應(yīng)區(qū)域的時候，感應(yīng)區(qū)域的照明燈開啟。在主人需要離開的時候，閉合key開關(guān)，人體感應(yīng)模塊開始進(jìn)入到休眠狀態(tài)。對于無線數(shù)傳模塊，本文采用的為NRF24L01無線射頻芯片，其可以實現(xiàn)對點或是1對6的無線通信，處理模塊采用的為STC系列單片機(jī)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

智能家居系統(tǒng)的設(shè)計含有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件三個主要的模塊，家居系統(tǒng)含有主機(jī)、從機(jī)與接口設(shè)備等，主機(jī)模塊具有無線收發(fā)芯片，通過主從機(jī)間無線數(shù)據(jù)的手法，實現(xiàn)對于無線智能網(wǎng)絡(luò)的搭建。對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊參考的是OSI模型，結(jié)合nRF24L01芯片的特征，通過模塊化、通用性設(shè)備為原則設(shè)計硬件線路模塊，采集集中控制技術(shù)的控制模式，通過一個以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)主機(jī)來搭建，中心處理模塊負(fù)責(zé)的是系統(tǒng)的信號處理。同時將系統(tǒng)設(shè)備開展功能的劃分，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計與接口，硬件模塊具有雙向的通信功能，以及互相操作性等，其控制模塊可以編程使得模塊的通用性與實用性大幅度的提升，提升了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

硬件的收發(fā)模塊采用的新型收發(fā)器件nRF24L01，其定義了物理無線信道同MAC子層之間的接口，提供的物理層數(shù)據(jù)服務(wù)以及物理層管理服務(wù)。對于nRF24L01其為2.4GHz的單片視頻收發(fā)芯片，通過FSK調(diào)制，內(nèi)部含有鏈路層。其輸出功率與通信頻道可以通過程序開展設(shè)置，內(nèi)部具有125個可選擇工作頻道，頻道互換的時間很短，可以用來跳頻，降低互相之間的干擾。首先是通過MCU對于串口對于nRF24L01開展信道的參數(shù)設(shè)置，其執(zhí)行的為配置任務(wù)，主機(jī)執(zhí)行的發(fā)送數(shù)據(jù)包的指令，通過空中接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送與接收，從機(jī)接收數(shù)據(jù)信息，通過MCU執(zhí)行其含有的任務(wù)，進(jìn)而可以實現(xiàn)控制的目標(biāo)。

2.2 主要硬件電路設(shè)計

控制中心模塊對于2.4G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)充當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點功能，主要負(fù)責(zé)的為2.4G網(wǎng)絡(luò)的搭建，節(jié)點管理等相關(guān)功能。對于本文設(shè)計的系統(tǒng)內(nèi)部，控制中心節(jié)點需要對接受得到的數(shù)據(jù)開展處理分析，之后通過鍵盤輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以通過RS-232串口與PC機(jī)進(jìn)行連接通信。

對于串口通信模塊，STC51單片機(jī)內(nèi)部具有串行的接口，通過RS-232的D型連接器，在最簡單的串行內(nèi)部通信，僅僅需要3根通信線連接，TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送以及RXD串行數(shù)據(jù)接收以及GND信號的接地等。

對于無線收發(fā)模塊，依據(jù)硬件設(shè)備的要求，在基于2.4G無線傳輸控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的時候，通過工作在2.4GHz頻段的射頻片nRF2401。單片機(jī)射頻收發(fā)芯片nRF2401其工作在2.4-2.5GHz頻段，芯片內(nèi)部含有頻率的合成器、功率放大器、晶體震蕩期以及調(diào)制器等功能模塊，輸出的功率以及通信頻道可以通過程度開展相關(guān)的配置。芯片能耗比較低，通過-5dBm的功率發(fā)射的時候，工作的電流僅僅為10.5mA，在接收的時候工作的電流僅僅為18mA，對于多種低功率的工作模式，設(shè)計較為簡單與節(jié)能。對于Duo Ceiver TM技術(shù)采用的為nRF2401可以一同的采用同一天線，接收兩個不同頻道具有的數(shù)據(jù)信息。

對于傳感器電路設(shè)計模塊，控制中心節(jié)點利用nRF24L01無線模塊，接收得到各個傳感器節(jié)點所含有的發(fā)送信息，同時與串口模塊連接，將信息發(fā)送到上位機(jī)模塊，在上位機(jī)軟件模塊直觀的將各種的數(shù)據(jù)直觀的呈獻(xiàn)給使用人員。傳感器節(jié)點硬件主要通過電源模塊、時鐘模塊以及無線模塊、傳感器等幾個部分構(gòu)成。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 溫度控制模塊

3.2 燈光控制模塊

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的系統(tǒng)具有極強(qiáng)的實用性，首先是其作為無線傳輸?shù)哪Ｊ?，可以對于家居?nèi)部的環(huán)境溫度以及是否有人進(jìn)行檢測，解決了傳統(tǒng)布線的制約，對于環(huán)境的要求與影響比較小，可以檢測得到人們不是可達(dá)到位置的信息，為我們營造得到一個智能、舒適以及安全的家居環(huán)境。同時在應(yīng)用無線手段傳輸?shù)臅r候擴(kuò)大了數(shù)據(jù)檢測的范圍，完全可以在其他的相關(guān)場所應(yīng)用，比如對于溫室大棚的實時檢測，保證室內(nèi)的溫度符合于植物正常生長的范圍，大幅度的提升了農(nóng)作物的產(chǎn)量。

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