基于nRF24L01+芯片的绿色智能家居系统

孙强 姚玲

【摘 要】随着网络与信息技术的进步，对家庭信息的监督与控制是现代智能家居系统的现实需求，其具有可靠性高以及操作简单等优势。本文在分析智能家居系统发展现状的基础上，针对于如今智能家居发展的实际情况，利用STC主控制器与NRF24L01+芯片，设计得到最为简洁的无线数传智能家居系统。

【关键词】网络信息技术；智能家居；NRF24L01

中图分类号： TU855 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0105-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.048

【Abstract】With the progress of network and information technology，the supervision and control of household information is the realistic demand of modern intelligent home system，which has the advantages of high reliability and simple operation.Based on the analysis of the development status of intelligent home system，this paper designs the most simple wireless digital transmission intelligent home system by using STC main controller and NRF24L 01+chip.

【Key words】Network information technology；Smart home；NRF24L 01

0 引言

随着经济的发展与人们环保理念的提升，绿色智能家居的概念也开始深入人心，对于居住环境的舒适程度要求逐渐提升。不过如今的家居市场上智能家居的能耗与体积都较大，不利于人们的使用。为此本文采用nRF24L01+射频芯片，其具有的电量消耗极低，甚至在掉电的模式还可以待机工作。通过利用STC单片机与射频芯片构成中控系统对于室内红外装置与室外湿度开展控制与调节，人体传感器对位置信息采集与无线信息的收发，进而得到控制系统。依据人的需求设定得到温度范围，在环境温度不在这个范围的时候，电机系统会接收得到控制信号，开展数据的处理进行开关窗操作等。

1 总体概述

1.1 系统的结构

依据系统的功能，本文设计的系统航油如下几个模块，具体如图1所示：

1.2 系统的功能分析

本文设计的家居系统可以实现对于室内环境的监控，在感觉到有人进入的时候，可以自动的开灯，人走之后等自动的关闭。温度传感器获得室内的温度参数，进行开关窗的操作来调节室内的温度，功能如下所示：

DS18B温度传感器，可以监测室内环境温度的变化，并将其发送到主接收模块，在环境温度不在设定温度范围内的时候，温度传感器模块将会控制所在电机依据温度的高低来调价窗户的开关。HC-SR505人体传感器，其具有的功能为可以通过Key开关选择。断开开关之后，人体感应模块进入到灯控功能模块，在这个时候有人进入到感应区域的时候，感应区域的照明灯开启。在主人需要离开的时候，闭合key开关，人体感应模块开始进入到休眠状态。对于无线数传模块，本文采用的为NRF24L01无线射频芯片，其可以实现对点或是1对6的无线通信，处理模块采用的为STC系列单片机。

2 系统的硬件设计

2.1 硬件结构

智能家居系统的设计含有网络协议、系统硬件与系统软件三个主要的模块，家居系统含有主机、从机与接口设备等，主机模块具有无线收发芯片，通过主从机间无线数据的手法，实现对于无线智能网络的搭建。对于网络协议模块参考的是OSI模型，结合nRF24L01芯片的特征，通过模块化、通用性设备为原则设计硬件线路模块，采集集中控制技术的控制模式，通过一个以单片机为核心的系统主机来搭建，中心处理模块负责的是系统的信号处理。同时将系统设备开展功能的划分，进行统一设计与接口，硬件模块具有双向的通信功能，以及互相操作性等，其控制模块可以编程使得模块的通用性与实用性大幅度的提升，提升了系统的可维护性。

硬件的收发模块采用的新型收发器件nRF24L01，其定义了物理无线信道同MAC子层之间的接口，提供的物理层数据服务以及物理层管理服务。对于nRF24L01其为2.4GHz的单片视频收发芯片，通过FSK调制，内部含有链路层。其输出功率与通信频道可以通过程序开展设置，内部具有125个可选择工作频道，频道互换的时间很短，可以用来跳频，降低互相之间的干扰。首先是通过MCU对于串口对于nRF24L01开展信道的参数设置，其执行的为配置任务，主机执行的发送数据包的指令，通过空中接口实现数据信息的发送与接收，从机接收数据信息，通过MCU执行其含有的任务，进而可以实现控制的目标。

2.2 主要硬件电路设计

控制中心模块对于2.4G网络内充当协调器节点功能，主要负责的为2.4G网络的搭建，节点管理等相关功能。对于本文设计的系统内部，控制中心节点需要对接受得到的数据开展处理分析，之后通过键盘输入相关数据，还可以通过RS-232串口与PC机进行连接通信。

对于串口通信模块，STC51单片机内部具有串行的接口，通过RS-232的D型连接器，在最简单的串行内部通信，仅仅需要3根通信线连接，TXD串行数据发送以及RXD串行数据接收以及GND信号的接地等。

对于无线收发模块，依据硬件设备的要求，在基于2.4G无线传输控制网络设计的时候，通过工作在2.4GHz频段的射频片nRF2401。单片机射频收发芯片nRF2401其工作在2.4-2.5GHz频段，芯片内部含有频率的合成器、功率放大器、晶体震荡期以及调制器等功能模块，输出的功率以及通信频道可以通过程度开展相关的配置。芯片能耗比较低，通过-5dBm的功率发射的时候，工作的电流仅仅為10.5mA，在接收的时候工作的电流仅仅为18mA，对于多种低功率的工作模式，设计较为简单与节能。对于Duo Ceiver TM技术采用的为nRF2401可以一同的采用同一天线，接收两个不同频道具有的数据信息。

对于传感器电路设计模块，控制中心节点利用nRF24L01无线模块，接收得到各个传感器节点所含有的发送信息，同时与串口模块连接，将信息发送到上位机模块，在上位机软件模块直观的将各种的数据直观的呈献给使用人员。传感器节点硬件主要通过电源模块、时钟模块以及无线模块、传感器等几个部分构成。

3 系统的软件设计

3.1 温度控制模块

3.2 灯光控制模块

4 结束语

本文设计的系统具有极强的实用性，首先是其作为无线传输的模式，可以对于家居内部的环境温度以及是否有人进行检测，解决了传统布线的制约，对于环境的要求与影响比较小，可以检测得到人们不是可达到位置的信息，为我们营造得到一个智能、舒适以及安全的家居环境。同时在应用无线手段传输的时候扩大了数据检测的范围，完全可以在其他的相关场所应用，比如对于温室大棚的实时检测，保证室内的温度符合于植物正常生长的范围，大幅度的提升了农作物的产量。

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