基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計摘要：本文具體講解并描述了智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計思想及軟件和硬件的實現(xiàn)方式。智能家居系統(tǒng)主要由單片機(jī)限制板、Zigbee模塊和PC限制端三大部分組成。Zigbee終端通過采集傳感器的輸出信號，實現(xiàn)對環(huán)境信息的監(jiān)測，處理完成后通過無線方式將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給限制板。單片機(jī)接收到信息后，對接收的節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程的自動限制。關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中圖分類號：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9416（2015）11-0000-00隨著我國社會的不斷發(fā)展與進(jìn)步，過去單純意義上生存居住空間的傳統(tǒng)住宅，已經(jīng)無法滿意人們?nèi)找嬖鲩L的生活需求。人們幻想著能夠擁有一個自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的家用電器信息資源系統(tǒng)，智能家居的設(shè)計理念正是在這樣一種狀況下應(yīng)運(yùn)而生的，家居產(chǎn)品通過和手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信通訊手段結(jié)合，向智能化的方向發(fā)展。1智能家居的系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計的系統(tǒng)是限制板選擇MSP430單片機(jī)。ZigBee終端節(jié)點采納CC2530模塊，終端節(jié)點的作用是實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控，包括溫濕度的采集，煤氣泄漏檢測，雨雪信息檢測和有無盜情的檢測；限制利用wifi模塊與PC端進(jìn)行通訊，將節(jié)點的信息送入PC端進(jìn)行顯示，也可通過PC端下發(fā)吩咐對系統(tǒng)各節(jié)點進(jìn)行限制。2智能家居硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)限制板、ZigBee終端、電源模塊組成，其中采集終端和限制板利用Zigbee進(jìn)行通訊，限制板和PC利用WIFI模塊進(jìn)行通訊。2.1單片機(jī)限制板單片選用MSP430F149，它擁有16位RISC架，具有很強(qiáng)的運(yùn)算實力；內(nèi)部有3個不同的振蕩器，能夠使單片機(jī)工作在5種功耗模式；電源可以和ZigBee模塊共同運(yùn)用3.3v的電源供電；此外，還有很多豐富的功能模塊內(nèi)含的兩個串口設(shè)計中分別接WIFI模塊和ZIGBEE模塊實，實現(xiàn)對終端節(jié)點信息的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；中斷接口可以實現(xiàn)對按鍵和限位開關(guān)的檢測；輸入輸出端口可以實現(xiàn)對電機(jī)和繼電器的限制。2.2Zigbee模塊選擇CC2530作為Zigbee終端，通過軟件的設(shè)計可以實現(xiàn)對傳感器的數(shù)據(jù)輸入信號的采集，同時將處理數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送到限制板。利用CC2530模塊可以實現(xiàn)溫濕度模塊、煤氣泄漏模塊、雨雪信模塊、盜情信息模塊輸入信息的采集，采集完成后依據(jù)協(xié)議規(guī)約進(jìn)行打包發(fā)送[1]。3傳感器采集模塊設(shè)計要實現(xiàn)對家居中環(huán)境監(jiān)測須要選擇相應(yīng)的傳感器，下面對傳感器的選擇和工作原理進(jìn)行簡潔的介紹。采納DHT11作為溫濕度的采集模塊，它夠同時采集溫柔濕度兩種狀態(tài)信息，該器件采納專用溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字信息采集技術(shù)進(jìn)行融合，實現(xiàn)對溫濕度的數(shù)據(jù)采集。接口是單總線接口只須要占用一個IO口就實現(xiàn)對溫度和濕度信息的采集[2]。采納MQ-2氣體傳感器作為煤氣泄漏模的檢測，該傳感器可以實現(xiàn)對液化氣、丁烷、丙烷、煙霧等的檢測[3]。當(dāng)室內(nèi)空氣中可燃?xì)怏w或煙霧的含量大于設(shè)置的閾值的時，它的輸出的信號將由高電平變成低電平，當(dāng)CC2530檢測到下降沿的跳變，就會判定為可燃?xì)怏w或煙霧超標(biāo)。采納高品質(zhì)FR-04雙面材料最為雨雪量的檢測，當(dāng)附著在其表面上的雨雪含量超過它的設(shè)置的閾值的時，它的輸出的信號將發(fā)生由高電平變成低電平，當(dāng)CC2530檢測下降沿的改變時，就判定為雨雪量超標(biāo)。盜情的檢測選取紅外熱釋電傳感器，傳感器安裝在門或能窗的外部，當(dāng)在肯定范圍內(nèi)有人走過時，傳感器的輸出的信號會由高電平轉(zhuǎn)變成為低電平，CC2530檢測到這個信號后通過無線功能將信號發(fā)送至協(xié)調(diào)器。通過以上介紹可以系統(tǒng)對家居溫濕度、煤氣、風(fēng)雪和盜情的監(jiān)控。3.1信息的收發(fā)設(shè)計ZigBee是一種短距離通訊方式，它的功耗可以做到低功，適合應(yīng)用在多點分布系統(tǒng)中，但是通訊低速相對較慢，家居系統(tǒng)不要高速和大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，因此ZigBee特別適合在智能家居的系統(tǒng)中運(yùn)用。3.2網(wǎng)關(guān)模塊的設(shè)計網(wǎng)關(guān)的設(shè)計主由三部分構(gòu)成分別是ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、單片機(jī)限制板、Wifi模塊。CC2530模塊作用是發(fā)出建網(wǎng)吩咐，實現(xiàn)組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，安排給、網(wǎng)地址，限制板和PC端通過WIFI進(jìn)行通訊，通過設(shè)置IP地址和網(wǎng)絡(luò)工作方式實無線通訊。4智能家居軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計為五個部分完成別是：初始化子程序，讀鍵子程序，傳感器數(shù)據(jù)采集子程序，限制輸出子程序，通訊子程序。傳感器采集程序：是利用單片機(jī)AD轉(zhuǎn)的原理，單片機(jī)AD采集口將輸入模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號提發(fā)送給PC端。單片機(jī)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換先是進(jìn)行AD初始化，然后進(jìn)行采樣和AD轉(zhuǎn)換，完成后從結(jié)果寄存器讀取取數(shù)值；鍵盤子程序：推斷出輸入鍵盤值，對系統(tǒng)的參數(shù)就行設(shè)置，同時顯示在PC端；電機(jī)限制子程序是通過單片機(jī)的IO口外接三極管，用來驅(qū)動繼電器的線圈。實現(xiàn)對限制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的限制；通訊子程序中，須要對單片機(jī)的串口進(jìn)行初始化，在依據(jù)Zigbee模塊和WIFI模塊的協(xié)議對兩個模塊進(jìn)行相應(yīng)的配置，配置完成后可以依據(jù)規(guī)約對收到的信息進(jìn)行解析，將處理后的結(jié)果發(fā)送到PC端。5結(jié)語本設(shè)計的特點主要體現(xiàn)在單片機(jī)限制實力強(qiáng)及ZigBee的組網(wǎng)快速等方面，實際運(yùn)用中，將裝有不同傳感器的檢測板放置在家中須要的監(jiān)測處，通過對各監(jiān)控點的實時信息采集，實現(xiàn)對溫濕度、煤氣泄漏、雨雪、盜情的自動采集，在終端顯示界面中顯示出了相應(yīng)的信息。用戶也可以通過智能手機(jī)等設(shè)備借助于移動互聯(lián)網(wǎng)來閱讀終端界面，進(jìn)而可以查看家庭的相關(guān)信息，對家庭內(nèi)部信息進(jìn)行時時查看和遠(yuǎn)程監(jiān)控。然而，智能家居系統(tǒng)是結(jié)合了多門學(xué)科的綜合課題，想達(dá)到高度的智能化和高精度的限制功能還須要長期的探討。參考文獻(xiàn)[1]南忠良，孫國新.基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計[