基于单片机的无线智能家居设计

邵阳学院信息工程系 吴 洋 许建明 陈炯明



基于单片机的无线智能家居设计

邵阳学院信息工程系 吴 洋 许建明 陈炯明

【摘要】本设计通过把无线网络技术结合到智能家居系统中，配合各种传感器采集家里的环境信息，然后通过无线的方法将信息传送给智能家居控制中心，可以实现火灾报警、煤气泄露、温度检测、智能调温、智能调光等一系列功能。当有火灾、煤气泄露发生时，该无线智能家居系统就会发出相应的报警声音，使得户主在得到报警信息以后，马上采取有效的应急措施，对紧急事故进行处理。能够弥补有线设备的缺点，具有成本低、鲁棒性好等优点。

【关键词】智能家居；报警；温度检测

1 系统工作原理

本无线智能家居网络采用了NRF24L01无线模块，该系统由中心节点和无线家居环境监测节点组成。中心节点由一个单片机控制器和一个无线模块组成，通过和无线智能家居环境监测节点通信，可以获得当前相应的家居环境信息。无线智能家居环境监测节点是组成无线智能家居系统的基本单位，是构成无线智能家居系统的基本平台。它由单片机微处理器（STC89C51）、无线通信模块（NRF2401）、家居环境监测传感器（温度传感器、烟雾、煤气检测传感器等）和一些外围元器件组成，主要负责家居环境的检测和报警信息的发送。无线智能家居控制器框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件系统设计

2.1 环境监测节点电路

无线智能家居环境监测节点由单片机处理器STC89C52、NRF2401无线通信芯片、外围原件和环境检测传感器组成。单片机处理器STC89C52是整个环境监测节点硬件系统的控制核心部件，主要负责采集家居环境信息，发送NRF2401通信命令，控制信息的传输。Nordic公司的射频收发芯片NRF2401是实现无线信息发送和接收的主要器件。NRF2401工作在2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内部有频率合成器、功率放大、晶体振荡器和调制器等模块，输出的功率和通信的频道通过程序自由配置，芯片的功耗特别低，以-5dBm的功率发射时，工作的电流只有10.5mA，接收时的工作电流仅有18mA，有很多种低功率的工作模式，节能设计方便。无线数据传输采用NRF2401，当无线智能家居环境监测节点通过连接的传感器感知到外部环境异常的变化。例如，安装在天花板上的烟雾、煤气检测器可以监测到室内出现的突发火灾和煤气泄露。通过这些监测传感器，可以提供全面的安全监测。环境监测节点电路原理图如图2所示。

2.2 中心节点电路

中心节点电路由单片机、显示电路、按键电路、LED指示、报警电路、无线接收模块等组成，根据监测节点传输来的信息进行相应的显示和处理等。

3 软件设计

在无线智能家居系统中，采用的是环境监测节点循环发送，中心节点循环询问和接收的方式进行数据通信。环境监测节点采集到数据后，向中心节点发送环境数据。如果发生安全事件时环境监测节点对中心节点发送报警数据，中心节点接收到报警数据后驱动报警器发出报警信号。在正常情况则由中心节点实时监测和分析环境监测节点发送过来的环境数据，达到智能调温和智能调光的功能。

图2 环境监测节点电路原理图

4 结束语

根据无线通信技术和智能家居的优缺点，提出了基于NRF24L01无线模块的智能家居系统的组成方案，该系统采用了模块化的设计，使得其具有比较好的移植性和扩展性能。并且在实验室搭建出了一个无线智能家居系统模型进行实验，初步的实验现象表明：采用基于NRF24L01无线模块的智能家居系统具有很好的通信效率和较高的稳定性。

参考文献

［1］江世明，许建明，朱群峰，申寿云.单片机原理及应用［M］.上海﹕上海交通大学出版社，2013.

［2］张毅刚.单片机原理及应用（C51+PROTEUS仿真）［M］.北京﹕高等教育出版社，2012.

［3］王东锋，王会良等.单片机C语言应用100例［M］.西安﹕电子工业出版社，2009.

作者简介：

吴洋（1992—），男，贵州安顺人，大学本科，现就读于邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业。

通信作者：

许建明（1977—），男，湖南武冈人，硕士，副教授，主要从事电子技术研究。