一种基于RFID智能家居模拟系统的仿真实现

陈 吉，商红桃

（1.常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州213011；2.常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州213025）

一种基于RFID智能家居模拟系统的仿真实现

陈 吉1，商红桃2

（1.常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州213011；2.常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州213025）

射频识别技术（RFID）是近几年新型的一种识别技术，具有非接触性、读写速度快、反应灵敏、识别率高等多重优点，广泛应用物联网。基于RFID技术，完成了智能家居模拟系统的设计，包括身份识别、温度设定以及室温检测调整功能。采用了AT89C52、STC11F32XE、MF RC522等核心器件。仿真结果表明，该方法是正确和有效的。

智能家居；RFID；控制系统；温度传感器

智能家居（Smart Home）概念起源微软的智能家居体系，其基本要求是以个人住宅为信息化设计的平台，将通常意义上的建筑设计成具备网络通信、自动化控制、智能管理的完整系统，同时要保证满足环境友好的要求，突出能源优化方案以及整个系统体系的安全性。本次设计的主要目标是完成基于RFID的智能家居模拟系统，实现身份识别、预设温度的设定以及室温的检测调整功能。通过系统运行和仿真，实现了射频读卡、温度采集和调整功能，达到了预期的设计要求。

1 系统构成

本系统分为如下几个模块：数据采集模块，数据处理模块，温度检测模块，显示模块，串口发送/接收模块和按键模块等。

数据采集模块用于当有射频卡进入到读卡器范围时，RFID读卡器启动扫描；数据处理模块负责处理射频读卡器传送的数据以及其他信号处理；温度检测模块用于检测当前温度，并对对应相关卡号进行操作；显示模块用来接收单片机发送的数据，进行相应处理后予以在LCD上显示；串口发送/接收模块主要通过串口发送和接收数据；按键模块用于输入操作以及复位操作。

2 系统硬件设计

系统硬件设计分为射频模块和温度检测模块。

射频模块主要由 STC11F32XE单 片机、LCD12864显示、RC522射频读卡器组成，硬件电路包括微控制器、LCD显示器、射频读卡器、串口、按键等部分。当读卡器检测到有M1卡进入读卡范围时，便读取卡号传送给单片机，有单片机驱动在LCD12864上进行显示，同时将温度信息传输给温度检测模块，增强型的STC单片机通过与读卡器的SPI总线连接，通过模拟SPI时序实现数据通信。射频模块设计框图如图1所示。

图1 射频模块设计框图

温度检测模块主要由AT89C52主控芯片、基于IIC总线的MCP9801、DS1302始终芯片组成。硬件电路包括微控制器AT89C52、LCD1602显示、串口通信MAX232、按键电路、DS1302时钟电路等部分。微控制器AT89C52负责整个系统的控制操作，中控芯片负责系统初始化，驱动各个模块以及协调控制。按键按下时温度检测模块检测当前温度，通过单片机输出到1602液晶显示器上。1302通过单片机在液晶屏上显示当前时间，同时当串口有数据时，微控器负责匹配当前温度。温度检测模块设计框图如图2所示。

图2 温度检测模块设计框图

2.1 读卡器电路设计

本部分设计采用STC公司生产的STC11F32XE单片机，该单片机是低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含32kB的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，同时在标准的51单片机扩展了P4口，使功能比常规51系列单片机更加强大。设计的电路原理图如图3所示。

图3 STC11F32XE与射频芯片连接原理图

设计中单片机与读卡芯片之间通过排针相连，单片机P0.5、P0.6、P0.7、P4.1、P2.6分别用于与射频芯片的SDA、SCK、MOSI、MISO、RST相连，分别为数据、时钟线、主数据输入、主数据输出、复位功能。MF RC522是采用被动式非接触半双工通信模式，工作频段为13.56MHz，具备高集成度、低成本的优势。

2.2 MF RC522匹配电路和天线设计

MF RC522是MF RC500系列的产品之一，具有独立的读卡、校验、加密功能，其设计基本要求是不在芯片外部使用独立放大电路可以实现10cm以上的通信，这就为外围无源射频电路设计提供条件。由于设计中所使用的射频全部为近距离通信，故采用直接天线匹配，同时满足射频部分工作频率13.56 MHz。

天线可等效为一个阻容耦合电路，工作频率是13.56 MHz，在这个频率下，电阻的集肤效应所导致的损耗不能忽略，天线电路如图4所示。

图4 天线电路

2.3 温度检测电路设计

本系统通过AT89C52控制温度传感器进行数据的采集，电路原理图如图5所示。温度传感器采用美国微芯科技公司的MCP9801芯片，MCP9800/1/2/ 3系列数字温度传感器可将在-55～+125°C范围之间的温度转换为一个数值，在-10～+85°C时，精度为±1°C。

2.4 串口通信模块设计

两块单片机之间的数据通信是通过串行口进行的，电路采用RS-232电平设计。本设计中，通过单片机的10引脚P3.0（RXD）、11引脚P3.1（TXD）与电平转换芯片MAX232的9引脚（R2OUT）、10引脚（T2IN）相连接，MAX232的7引脚（T2OUT）、8引脚（R2IN）与9针D型插座2（RXD）引脚、3（TXD）引脚相连，MAX232的5引脚接地。9针D型插头与计算机的9针D型插头相连接来实现单片机与计算机通信的硬件连接。电路原理图如图6所示。

图5 温度传感器电路

图6 串口连接电路原理图

2.5 其他辅助电路设计

设计中除了以上主要电路外，还用到了12864和1602两块液晶显示器以及DS1302的I2C接口的时钟芯片、蜂鸣器、按键等辅助电路。

显示器1602与AT89C52相连，配合温度传感器和时钟芯片显示当前检测温度以及时间；显示器12864与STC11F32XE相连，其中涉及数据和控制端的连接，配合单片机以及射频芯片输出卡号和与卡号相对应的最适温度。

时钟电路采用美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路芯片DS1302，它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

3 系统软件设计

系统软件主要实现数据的采集和分析、模块之间的通信，以及相应的数据处理，采用C语言编写，主要包括射频模块和温度检测模块两部分。

3.1 射频模块软件设计

射频模块设计主要包括数据采集模块、数据处理模块、显示模块、报警模块、键盘模块和串口通信等6个部分。程序流程图如图7所示。

图7 射频模块程序流程图

图8 温度检测模块程序流程图

3.2 温度检测模块软件设计

温度检测模块设计主要包括串口通信、数据采集模块、数据处理模块和显示模块4个部分。程序流程图如图8所示。

4 仿真结果

设计完成后，进行了实物的连接和虚拟仿真，仿真电路和结果如图9和图10所示。

图9 温度检测电路整体运程图

从运行结果可以看出，本系统实现了对智能家居系统的温度采集、调整和身份识别功能。

图10 射频模块整体运行示意图

5 结 论

本次次设计通过在控制器AT89C52、STC11F32XE和MF RC522系列读卡器的基础上外接温度传感器、液晶显示器等外围模块，采用无线射频识别技术，整个电子线路在实现其设计原理的要求上尽可能简洁化，并考虑了各模块之间的复位操作、接地以及电压稳定性等诸多问题。

[1]汪涛，谢志军.基于WSN的智能家居控制系统设计与实现 [J].无线电通信技术，2015，41（2）:71-75.

[2]宁仁霞，杨寒.基于远程无线通信的智能家居控制系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2015（4）:68-69.

[3]徐鹏，郭燕锦.智能家居控制系统的设计与实现[J].科技广场，2015（1）:85-89.

[4]余小华，郑魏平.基于无线射频的智能家居控制系统设计与实现 [J].微型电脑应用，2013，29（10）: 18-22.

[5]杨堤.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子世界，2012（21）:16-17.

[6]闫哲，杜涛，左海利.智能家居控制系统的设计及实现[J].自动化技术与应用，2010，29（2）:93-95.

[7]韩晓英，张方樱，朱静.基于STM32单片机的智能家居控制系统设计与实现硅谷，2013（12）:14-15.

[8]程晓艳.一种智能家居控制系统的设计与实现[J].才智，2013（35）.

[9]曾松伟，章云，邱伟强.基于物联网的智能家居控制系统设计[J].现代电子技术，2011，34（9）:168-171.

[10]黄卉.智能家居控制系统的设计与实现 [J].电脑知识与技术，2011（2）:449-450.

[11]李健，汪成亮，林传娟，等.基于RFID的智能家居管理系统研究与实现[J].微计算机信息，2012（5）: 97-98，22.

[12]王萍利.基于物联网的智能家居控制系统的设计[J].电子测试，2014（10）:3-4.

[13]何桢烁.基于物联网的智能家居控制系统设计探讨[J].现代商贸工业，2015，36（16）:224-225.

[14]陈曦.智能家居控制系统的设计与实现[J].电子设计工程，2003（11）:5-7.

[15]赵中仪，谭云松.基于RFID的智能家居安全管理系统[J].数字技术与应用，2014（10）:173.

A simulation and implementation of Smart Home system based on RFID

CHEN Ji1，SHANG Hong-tao2
（1.Changzhou Railway Vocational Technology College，Changzhou 213011，China；2.Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College，Changzhou 213025，China）

Radio Frequency IDentification（RFID）is a new technology in recent years.Because of its advantages such as non-contact，fast read and write-speed，sensitive reaction，high recognition rate and so on，RFID is widely used in IOT areas.Based on RFID，this paper completes the smart home simulation system，includes realization of identity，temperature setting and temperature measurement and adjustment.Using AT89C52、STC11F32XE a、RC522 MF and other core devices.The simulating result shows that the method is correct and effective.

Smart Home；RFID；control system；temperature sensor

TN6

A

1674-6236（2017）09-0079-04

2016-04-01稿件编号：201604008

2014年度江苏省高等学校"青蓝工程"优秀青年骨干教师培养项目（苏教师[2014]23号）

陈 吉（1979—），女，江苏南通人，硕士研究生，讲师。研究方向：电工技术、智能控制。