基于射频网络的智能家居电能控制系统.doc

基于射频网络的智能家居电能控制系统近年来，物联网技术发展迅速，全社会的信息化水平不断提升。智能家居是物联网的主要应用之一，已成为当前的热门研究领域，也是未来家居生活的发展方向 。它能够为用户提供舒适、便利的生活环境。但由于市场上的相关产品大多价格昂贵，普及率依然较低。以往的探索与开发往往停留在对电器设备本身的改造上，这种尝试使智能家居产品一度成为奢侈品。本文介绍了一种电能控制系统，作为智能家居的重要组成部分，它在不改动原有电器设备的基础上实现了远程自动控制功能。1 系统结构该电能控制系统由遥控器和插座节点组成，其工作原理如图1所示。当用户在家时，通过遥控器以射频方式对插座进行控制。插座节点收到信号后，由微控制器进行解码，并根据得出的结果，对特定编号的插座做通断电处理，从而使与其连接的用电器被启动或者关闭。当用户离住所较远时，可通过GSM网络向遥控器发送手机短信 ，微控制器读取信息后，通过射频芯片，将信息传递到室内的无线网络中，进而使相应地址上的插座受到控制。由此可见，遥控器在整个智能家居系统中属于网关节点 ，一方面，它与插座节点组成了室内射频局域网，另一方面，它又与GSM网络相连，延展了遥控距离。遥控器的内部结构如图2所示，包括温湿度检测电路、时钟模块、nRF905射频收发模块、GSM模块等功能电路，这些模块均与控制核心LM3S811相连。该微控制器采用ARM Coaex-M3架构，由于依托高密度的Thumb-2指令集，内存开销大大降低，操作系统的移植也更加方便。图1 遥控插座工作原理图2 遥控器结构框图插座节点主要实现与遥控器的射频通信以及继电器的通断控制，其结构框图如图3所示。插座中的烟雾传感器用于预防火灾危险。一旦检测到烟雾或可燃性气体，插座上对应的继电器将断开，并通过射频收发模块向遥控器汇报，遥控器收到信息后，再通过GSM模块的短信功能及时提醒用户采取相应的措施，防止危险的发生或财产损失的进一步扩大。由于插座端工作量较少，从成本和性能两方面考虑，本系统采用STC12C5620AD微控制器作为插座端的主控芯片。图3 插座节点结构框图2 硬件电路设计2.1 温湿度检测电路本系统采用温度传感器LM35和湿度测量模块CHM-02进行环境监测。LM35的电压输出与摄氏温度呈线性关系，无需校准就可在常温环境下达l/4的测量精度。CHM-02模块可在070 的温度下对2095%RH范围内的湿度进行检测，室温下的测量精度为5%RH.温湿度传感器与MCU的接口示意图如图4所示。由于两种传感器输出的模拟信号在MCU片内A/D采样电路的检测范围内，所以直接将两者的输出端与MCU的两个ADC引脚连接。模拟式传感器的使用不但充分利用了控制器的片上资源，而且提高了子程序的利用率。图4 温湿度传感器与MCU的接口示意图2.2 烟雾检测电路烟雾传感器MQ一2基于SnO：的电化学特性，对可燃性气体及烟尘有良好的检测灵敏度。烟雾检测电路原理图如图5所示。MQ.2在正常工作前需要对内部加热丝的H.h两极通电预热 ，为了防止加热电流过大而导致内部信号线温度过高，此处将加热丝与100 Q电阻串联。当环境中的烟雾或可燃气体超过警戒阈值时，传感器A.B两极间的电导率迅速增加，与其串联的负载电阻m所获得的电压也相应增加，该电压信号经低功耗运放TLC27M2放大后，得到与烟雾或可燃气浓度相对应的模拟量输出，最终接人控制器的ADC模块进行量化。