基于AT89C2051單片機(jī)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電路原理圖

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中電源是能源中心,在節(jié)點(diǎn)中起著非常重要的作用,特別是在無線通信系統(tǒng)中,電源不光是能源供應(yīng)者,它也直接影響通信的質(zhì)量。器件對加到輸入引腳或輸出引腳的電壓通常是有限制的。這些引腳由二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高，電流將會(huì)通過二極管或分離元件流向電源。而現(xiàn)行的電壓輸出模塊中多為5V電壓，因而需要設(shè)計(jì)出一個(gè)輸出穩(wěn)定的5V轉(zhuǎn)3V的電壓調(diào)節(jié)模塊。在該系統(tǒng)中，選用專為通信控制芯片提供轉(zhuǎn)換電壓的LM1117，它具有功耗低，體積小的優(yōu)點(diǎn)。又因?yàn)殡妷褐泻性S多高頻干擾源，這些高頻成分很容易經(jīng)過電源進(jìn)入通信系統(tǒng)中。

另外系統(tǒng)自身的發(fā)送頻率也會(huì)經(jīng)過電源感應(yīng)反饋到通信系統(tǒng)造成干擾。因而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個(gè)不同容值的電容所構(gòu)成的濾波電路來抑制各種高頻信號(hào)。使節(jié)點(diǎn)能夠得到穩(wěn)定可靠且低干擾的電源,保證節(jié)點(diǎn)的可靠運(yùn)行。該電源電路如圖3所示。

圖3 電源電路

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中遇到的主要問題及解決方法有：nRF2401射頻電路工作在2.4GHz~2.5 GHz 高頻率工作頻段，抗干擾設(shè)計(jì)直接關(guān)系到射頻性能和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。在無線通信部分布線時(shí),合理的布局與布線及采用多層板既是布線所必須的也是降低電磁干擾提高抗干擾能力的有效手段。布線時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：一是無線通信部分電路沒有用做布線的面積均需用銅填充并連接到地,以提供RF屏蔽達(dá)到有效抗干擾的目的 ；二是nRF2401 芯片底部應(yīng)接地 ；為了降低延遲、減少串?dāng)_，確保高頻信號(hào)的傳輸 ，要使用多個(gè)接地過孔將nRF2401芯片底部和地層相連； 三是盡可能地減少串?dāng)_，減少分布參數(shù)的影響，器件要緊密地分布在nRF2401的四周。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在智能家居報(bào)警系統(tǒng)中，采用的是網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)輪詢和突出事件報(bào)告機(jī)制。中心節(jié)點(diǎn)每隔一定的時(shí)間向每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送要數(shù)命令，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收到要數(shù)命令后，向中心節(jié)點(diǎn)回發(fā)數(shù)據(jù)。如果發(fā)生緊急事件，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以主動(dòng)向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)告，由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。中心節(jié)點(diǎn)可以對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的閾值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以滿足不同用戶的需要。在智能家居報(bào)警系統(tǒng)中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的地址，傳送的數(shù)據(jù)基本都是短消息，信息的格式如圖4所示，包括幀頭、目的地址、數(shù)據(jù)大小、數(shù)據(jù)內(nèi)容和校驗(yàn)位。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)打開電源，初始化，建鏈后直接進(jìn)入休眠模式，當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的報(bào)警中斷請求時(shí)，觸發(fā)中斷，激活網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，接收報(bào)警信息包，處理完畢后繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待有報(bào)警中斷請求時(shí)，再次激活。若有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)警中斷請求時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)來不及處理而丟掉一些請求，則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己的請求沒有得到響應(yīng)后幾秒鐘，再次發(fā)出請求，直到得到中心節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)為止。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用串行口通信方式。在程序設(shè)計(jì)中主要采用中斷的方法來完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

結(jié)語

根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能家居的特點(diǎn)，提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成方案，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)，使其具有很好的移植性和擴(kuò)展性。并在實(shí)驗(yàn)室搭建了一個(gè)小型報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的報(bào)警系統(tǒng)具有較高的通信效率和較好的穩(wěn)定可靠性。