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

?

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絡技術結合到智能家居系統中，配合各種傳感器采集家里的環境信息，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、煤氣泄露發生時，該無線智能家居系統就會發出相應的報警聲音，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、魯棒性好等優點。

【關鍵詞】智能家居；報警；溫度檢測

1 系統工作原理

本無線智能家居網絡采用了NRF24L01無線模塊，該系統由中心節點和無線家居環境監測節點組成。中心節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境監測節點通信，可以獲得當前相應的家居環境信息。無線智能家居環境監測節點是組成無線智能家居系統的基本單位，是構成無線智能家居系統的基本平臺。它由單片機微處理器（STC89C51）、無線通信模塊（NRF2401）、家居環境監測傳感器（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，主要負責家居環境的檢測和報警信息的發送。無線智能家居控制器框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 硬件系統設計

2.1 環境監測節點電路

無線智能家居環境監測節點由單片機處理器STC89C52、NRF2401無線通信芯片、外圍原件和環境檢測傳感器組成。單片機處理器STC89C52是整個環境監測節點硬件系統的控制核心部件，主要負責采集家居環境信息，發送NRF2401通信命令，控制信息的傳輸。Nordic公司的射頻收發芯片NRF2401是實現無線信息發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，節能設計方便。無線數據傳輸采用NRF2401，當無線智能家居環境監測節點通過連接的傳感器感知到外部環境異常的變化。例如，安裝在天花板上的煙霧、煤氣檢測器可以監測到室內出現的突發火災和煤氣泄露。通過這些監測傳感器，可以提供全面的安全監測。環境監測節點電路原理圖如圖2所示。

2.2 中心節點電路

中心節點電路由單片機、顯示電路、按鍵電路、LED指示、報警電路、無線接收模塊等組成，根據監測節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中，采用的是環境監測節點循環發送，中心節點循環詢問和接收的方式進行數據通信。環境監測節點采集到數據后，向中心節點發送環境數據。如果發生安全事件時環境監測節點對中心節點發送報警數據，中心節點接收到報警數據后驅動報警器發出報警信號。在正常情況則由中心節點實時監測和分析環境監測節點發送過來的環境數據，達到智能調溫和智能調光的功能。

圖2 環境監測節點電路原理圖

4 結束語

根據無線通信技術和智能家居的優缺點，提出了基于NRF24L01無線模塊的智能家居系統的組成方案，該系統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模型進行實驗，初步的實驗現象表明：采用基于NRF24L01無線模塊的智能家居系統具有很好的通信效率和較高的穩定性。

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﹕電子工業出版社，2009.

作者簡介：

吳洋（1992—），男，貴州安順人，大學本科，現就讀于邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業。

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。