淺析無線智能家居控制系統的設計

摘 要：隨著人們生活水平的提高，人們對生存環境要求越來越高，在當前現代科技不斷發展的進程中，人們的生活悄然發生了改變，更加人性化的智能家居系統應運而生，全面提升了人們生活品味，改變了人們生活狀態。現代科技的不斷創新發展，使無線智能家居網絡系統研究更加深入，RF24L01無線數據傳輸芯片在實際生活中得到廣泛應用，為人們提供了更加便利的生活空間。文章主要通過對智能系統的全面分析，進一步探討系統總體架構及設計硬件模塊思路，以此改進現有系統，完善思路設計。

關鍵詞：無線數據傳輸芯片；設計探討；接口

引言

人們大部分時間是生存在房屋內，房屋的功能影響著人們的生存質量，為了全面提高人們居住條件，滿足人們快的緊張生活需求，智能家居系統應運而生，智能家居系統主要依靠住宅平臺進行建設，智能系統是一套全新的系統，是近年來才大規模興起的高端科技，主要是通過與計算機結合，利用高度發達的網絡系統，把建筑內的安防、家電、娛樂及照明等設備進行連接，一個全系統折協調工作流程，使各個設備實現了相互作用與反作用，同時也能利用現場或遠程控制，使各設備進行工作與操作，實現家居環境的科技化、智能化和現代化，進一步提高人們生活質量。

1 智能家居系統發展

隨著現代科技的大發展大繁榮，創新技術不斷得到應用，為了滿足人們日益提高的物質生活需要，智能家居已經成為現代研究方向，其發展日漸強勢，智能家居完全滿足了人們日常生活起居需要，涉及到人們生活的各個方面，以其新穎優異的特性為人們家庭起居帶來方便，這是一種全新的生活理念，是時代發展的必然要求，注定引領未來生活趨勢。人們在生活中對品味的追求一直沒改變，生活越來越細致，現代家居家用電器種類不斷增加，一些家電在功能設計上雖然完美，但在操作中卻顯得非常的繁瑣復雜，要想真正實現家電的方便、快速的操作目標，就需要有一個整體的配套系統對眾多電器進行管理與控制，設計開發人員利用了無線電通信技術和計算機控制等技術，通過無線智能家居控制系統設計開發，使所有的電器實現協調統一控制。在實際設計思路中，設計人員通過總體研究，把家庭中應用的電器進行連接，通過總線技術將家用電器、通訊設備以及家庭保安裝備等多種設備進行串聯，通過與信息技術的有機結合，確保家居連接到一個智能系統上，通過集中或分散監控進行集中管理，實現家電的綜合功能展現，提高生活效率與質量。在進行設計時，不僅需要連接相關電器設備，更要在使用中與居住的環境形成配套，保證智能家庭設施跟現實中的居住環境相協調一致。不論怎樣，功能的實現主要依賴于智能家居控制系統中的家庭網絡控制器，家庭總線系統屬于這種家庭網絡控制器，利用它為使用者提供各種優質高效的服務，同時居住地之外的外部環境也與之相通連。智能住宅的核心就是智能家居系統，因此，智能家居系統在智能家庭中處于異常重要的地位。

2 智能家居系統概述

在智能家居發展過程中，有兩種解決方案，一是有線方式，二是無線方式，這是當前普遍應用的兩種智能家居系統控制方法。智能家居需要的線路較多，有一些復雜的工程整體布線工程非常復雜，有線系統存在許多不足，比如較差的保密性、接入設備昂貴、不能充分滿足音頻與視頻信號傳輸、接線布線復雜等，這些問題嚴重阻礙著智能家居未來的發展，當前，這些問題也沒有得到更好的解決，將來，這些難題會伴隨4G網絡技術逐漸成熟而得到更好的改善。要想推進智能化發展，就需要在無線條件下的控制系統做文章，提高智能化科技化含量，無線方法是很多智能家居公司著眼解決的主要問題，通過研究形成更加智能的系統控制方法。無線工程有效解決了以上問題，雖然價格稍微高一些，但能夠充分解決布線問題，同時也滿足了4G需求，大大提高了系統的應用效果。

3 系統總體結構及工作原理

智能家居系統作為綜合性操控系統，有著廣泛的內容定義，主要包含不同類別家電設備、相關的接口設備、功能性主機和附屬設備，在智能家居中，主機和從機都有無線收發芯片，主機發出的信號能夠在一定范圍內由從機接收到，這種通過收發無線數據來構建小范圍的關聯性就是無線智能網絡。智能家居系統的網絡協議、系統軟件和系統硬件是主要內容，是當前無線智能家居控制系統開發時的關鍵。

系統工作原理較為復雜，簡要的說就是采用通用性模塊對設備進行網絡處理。網絡協議以OSI模型為標準，全面掌握好nRF24L01芯片特質。系統主機構建單片機核心，CPU是中心處理器，對相關信號進行集成，主要作用是處理系統產生的大量信號，通過集中分析與控制，發揮技術作用，做好系統設備硬件功能劃分，不同的硬件有不同的作用，要使各硬件產生關聯，形成交互通信能力，確保硬件設施互換性和互相操作性，在接口設計上，要統一協調，對不同的功能做好系統編程，保證了智能設備穩定運行。

nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發芯片，主要由頻率調制器、合成器、晶體振蕩器等組成，其拓展功能更加強大，nRF24L01作為全新型單片射頻收發器件，能夠有效地提供物理層數據及相關管理內容，對物理無線信道和MAC子層之間接口做了全面的定義。主要利用了FSK進行系統調制，由多個可調控頻道進行選擇，實現了跳頻及頻道切換，大大縮短了工作時間，避免出現局部干擾，使跳頻故障率減少。nRF24L01進行信道參數配置主要是利用了MCU串口作用，從機對接收的數據信息進行整理，對接方式主要是空中進行，執行MCU的指示任務，對家電產生系統完整的操作控制。

4 設計思路

4.1 硬件電路設計

通過對2.4G網絡中控制中心的分析，我們看到不同的節點如同協調器節點，擁有節點的管理和2.4G網絡建立等任務操作功能。智能系統設計時，工作中，主要由控制中心節點處理相關接收到的信息內容，通過系統的分析處理，形成有效數據包，利用RS-232串口與PC機連接，顯示相應數據信息，對更改部分可以利用鍵盤進行有效輸入，液晶顯示部分能夠直觀看到工作狀態。

4.2 傳感器電路設計

傳感器是系統的主要部分，包括時鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無線模塊，這些內容是傳感器節點硬件的關鍵。不同傳感器節點信息發出后，短時間內就會通過控制中心節點進行快速處理，利用nRF24L01無線模塊做好信息的全面接收，串口模塊發送信息至上位機，能夠直接進行數據下載。

4.3 串口通信單元設計

串口通信單元設計較為重要，如果設計不理想，則影響工作效果，STC12C5A60S2增強型51芯片存在串行口接口，利用3根通信線實現串行通信，輸送時使用TXD串行數據，接收時使用RXD串行數據，地線是GND信號，不同的線路有不同的作用，要進行明確標注，避免出現串線現象。

4.4 無線收發模塊

硬件只是設計要點的一部分，最主要是是在智能家居設計中，射頻片nRF2401的使用。功率放大器，頻率合成器，調制器以及晶體振蕩器這些功能模塊集中都放進芯片里面，確保射頻片能夠順利在2.4～2.5GHzISM頻段內正常運轉，利用設計好的程序配置通信頻道，保證相關輸出功率符合設計要點。nRF2401最大的優勢在于，能夠同時使用同一天線，對不同頻道數據進行收集，做好準確接收。

5 結束語

無線智能家居控制系統越來越被人們重視，隨著科學技術的發展，智能系統必然成為人們生活首選。只有設計出使用方便、功耗超低的系統，才能有效提高系統的工作穩定性與可靠性。

參考文獻

[1]致遠電子.短距離無線通信技術對比[J].電子技術應用，2011（3）.