基于單片機的智能家居系統(tǒng)設計

基于單片機的智能家居系統(tǒng)設計摘要：本文具體講解并描述了智能家居系統(tǒng)的總體設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。單片機接收到信息后，對接收的節(jié)點數(shù)據(jù)進行處理，依據(jù)處理結果進行遠程的自動限制。關鍵詞：智能家居系統(tǒng)單片機系統(tǒng)設計中圖分類號：TP273.5文獻標識碼：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)絡化的家用電器信息資源系統(tǒng)，智能家居的設計理念正是在這樣一種狀況下應運而生的，家居產(chǎn)品通過和手機、網(wǎng)絡通信通訊手段結合，向智能化的方向發(fā)展。1智能家居的系統(tǒng)設計本設計的系統(tǒng)是限制板選擇MSP430單片機。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端進行通訊，將節(jié)點的信息送入PC端進行顯示，也可通過PC端下發(fā)吩咐對系統(tǒng)各節(jié)點進行限制。2智能家居硬件電路設計系統(tǒng)硬件電路由單片機限制板、ZigBee終端、電源模塊組成，其中采集終端和限制板利用Zigbee進行通訊，限制板和PC利用WIFI模塊進行通訊。2.1單片機限制板單片選用MSP430F149，它擁有16位RISC架，具有很強的運算實力；內(nèi)部有3個不同的振蕩器，能夠使單片機工作在5種功耗模式；電源可以和ZigBee模塊共同運用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)的轉發(fā)；中斷接口可以實現(xiàn)對按鍵和限位開關的檢測；輸入輸出端口可以實現(xiàn)對電機和繼電器的限制。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)約進行打包發(fā)送[1]。3傳感器采集模塊設計要實現(xiàn)對家居中環(huán)境監(jiān)測須要選擇相應的傳感器，下面對傳感器的選擇和工作原理進行簡潔的介紹。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和數(shù)字信息采集技術進行融合，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]。當室內(nèi)空氣中可燃氣體或煙霧的含量大于設置的閾值的時，它的輸出的信號將由高電平變成低電平，當CC2530檢測到下降沿的跳變，就會判定為可燃氣體或煙霧超標。采納高品質(zhì)FR-04雙面材料最為雨雪量的檢測，當附著在其表面上的雨雪含量超過它的設置的閾值的時，它的輸出的信號將發(fā)生由高電平變成低電平，當CC2530檢測下降沿的改變時，就判定為雨雪量超標。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、風雪和盜情的監(jiān)控。3.1信息的收發(fā)設計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)中運用。3.2網(wǎng)關模塊的設計網(wǎng)關的設計主由三部分構成分別是ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、單片機限制板、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，安排給、網(wǎng)地址，限制板和PC端通過WIFI進行通訊，通過設置IP地址和網(wǎng)絡工作方式實無線通訊。4智能家居軟件設計系統(tǒng)軟件設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AD轉的原理，單片機AD采集口將輸入模擬信號轉成數(shù)字信號提發(fā)送給PC端。單片機內(nèi)部AD轉換先是進行AD初始化，然后進行采樣和AD轉換，完成后從結果寄存器讀取取數(shù)值；鍵盤子程序：推斷出輸入鍵盤值，對系統(tǒng)的參數(shù)就行設置，同時顯示在PC端；電機限制子程序是通過單片機的IO口外接三極管，用來驅動繼電器的線圈。實現(xiàn)對限制電機轉動方向的限制；通訊子程序中，須要對單片機的串口進行初始化，在依據(jù)Zigbee模塊和WIFI模塊的協(xié)議對兩個模塊進行相應的配置，配置完成后可以依據(jù)規(guī)約對收到的信息進行解析，將處理后的結果發(fā)送到PC端。5結語本設計的特點主要體現(xiàn)在單片機限制實力強及ZigBee的組網(wǎng)快速等方面，實際運用中，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的信息。用戶也可以通過智能手機等設備借助于移動互聯(lián)網(wǎng)來閱讀終端界面，進而可以查看家庭的相關信息，對家庭內(nèi)部信息進行時時查看和遠程監(jiān)控。然而，智能家居系統(tǒng)是結合了多門學科的綜合課題，想達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[1]南忠良，孫國新.基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)設計[