基于射频识别的家庭环境下多人数据采集控制器设计

林 航

(湄洲湾职业技术学院，福建莆田351254)

随着科技的飞速发展，家庭环境下简单个人数据的采集分析及控制变得容易且实用。每个家庭成员都有自己的健康数据及生活习惯数据，家庭数据采集系统对家庭环境下每个人的数据进行识别采集，将不同人的数据发送到各自房间显示终端，统一分析，汇总管理，实现系统整合。本文介绍的家庭环境下多人识别数据采集控制器，通过433M及315M无线数据交互识别，通过STC12LE5A60S2单片机实现对应成员的蓝牙数据采集，通过RS485向上一级发送，由5.7英寸320×240点阵液晶显示实时采集数据，同时根据采集的家庭成员生活习惯数据，再通过433M无线信号实现对家庭生活设备进行相应控制。

1 系统组成

基于射频识别的家庭环境下的多人数据采集控制器在整个家庭数据采集系统中的功能图见图1， 多人数据采集控制器的安放位置位于客厅，主要采用无线射频的交互来识别家庭的不同成员，建立蓝牙联系，采集相应的数据，再将采集到的数据通过RS485网络上传到不同成员房间里显示端上，每一个显示端通过接收到的第二个地址字节来区分是否为自己需要的数据，进行取舍。同时多人数据采集控制器除了可以接收各个家庭成员的身体数据，还接收其生活习惯数据，比如洗澡时间、健身时间等数据，就成员B要洗澡来讲，采集B要洗澡的时间点和要洗的时长，先测算出热水器的加热时间，进而通过433M无线射频控制热水器的开启，到关闭热水器时通过RS485网络将信息发送至成员B的房间，同时在采集控制器的5.7英寸320×240点阵液晶显示器和蜂鸣器进行提醒[1]。

家庭多人数据采集控制器组成框图见图2，主要有室内外的微波雷达人体感应器(2个)、HC-06从机蓝牙模块、摇杆按键、433M编码发送、315M编码接收、1302时间模块、RS485发送、320×240液晶显示屏及STC12LE5A60S2单片机组成。当家庭成员回家后，2个微波雷达人体感应器通过先后顺序判断是否有人回来，若有人回来则让433M发送开启识别代码，回家成员随身终端接收到信号后则发送自身代码，数据采集控制器通过改变地址编码来循环接收终端发送的代码，最终确定回家的成员，确定后再次通过433M无线信号发送开启指令，完成蓝牙数据接收，除了在液晶屏上显示最新的接收数据，还将数据通过RS485网络上传到回家成员相应房间内的显示端上，进行汇总显示，包括以往的健康数据及当前的生活习惯数据。

图2 家庭多人数据采集控制器组成框图

2 硬件设计

2.1 主控制电路

家庭多人数据采集控制器的主电路图如图3所示，主控制CPU采用STC12LE5A60S2单片机，它具有60 K程序存储器，1 K片内扩展RAM，1 K片内EEPROM，8路10位高速A/D等资源，每当采集到最新数据便更新到片内EEPROM，防止掉电丢失。人机显示部分采用5.7英寸320×240点阵液晶显示器，此显示器采用带内置中文字库的RA8803控制器，支持四级灰度，有比较大的显示量，在设计中单片机根据有无检查到家庭成员来控制液晶显示的背光灯信号yj_led+。时钟采用1302芯片，连接电池具有掉电保持功能。输入端采用摇杆按键控制，通过单片机的P1.0和P1.2两个模拟量输入口快速识别摇杆的左右操作和上下操作，在设定参数方面比较灵活，单片机的P1.1输入口接摇杆的按键，作为参数的设定及确认使用。电源采用外部输入5 V，内部HC-06蓝牙模块需要3.3 V的电源，采用1块AMS1117-3.3将5 V转换为3.3 V提供给蓝牙模块[2]。

图3 家庭多人数据采集控制器主电路图

2.2 微波雷达人体感应电路

微波雷达人体感应电路见图4，人体感应模块采用RCWL-0516微波雷达人体感应开关，采用多普勒雷达技术，具有灵敏度高、感应距离远、可靠性高的特点，相比传统的红外感应PIR，具有穿透探测能力。系统在室内和室外各布置一个人体感应开关，根据人体感应信号的依次触发顺序来确定家庭成员是回家还是离家，单片机调用433M信号来触发成员发送自身识别代码，判断谁回来还是谁离开。输入采样使用两个中断信号源，考虑到触发信号有可能是高电平，电路中采用跳线帽及反相电路来满足不同的情况，GY1和GY2的2脚是人体感应信号。如果是低电平则直接连接TXM1和TXM2的2、3脚，将信号传给单片机的INT0和INT1，反之则连接TXM1和TXM2的1、2脚，将信号反相后再传到INT0和INT1。

图4 微波雷达人体感应电路

图5 软件整体流程图

2.3 无线射频身份识别电路

无线射频身份识别电路见主电路图，当有人员变化便通过433M发射身份回送开启信号，433M射频信号采用固定地址(0x3cH)，成员随身终端和家庭设备端都可以接收433M射频指令，从0x00H到0xffH，其中0x00H是身份回送开启信号[3]，433M信号发送受单片机2262TE端控制，STC12LE5A60S2除了基本的32个端口外，通过P4SW寄存器还可以扩展P4.4到P4.6的端口功能，本设计开启P4.4的端口，将433M的发送使能端2262TE连到此端口。当需要发送时给2262TE低电平，否则给高电平，这样可以保证发送信号的准确和稳定。身份射频信号的接收采用315M射频信号，采用循环查询不同地址信号的方式，查询地址为0x1cH到0x1eH，代表成员A到C。数据位315M_D3为1，表示相应的成员在家，否则将315M_D3置为0。如果成员数量可以相应增加315M信号的地址位，则315M射频信号只作为身份信号接收，只用一位数据位校验，身份确认后再次向成员随身终端发送433M蓝牙开启及数据发送信号，完成相应数据的接收[4]。

2.4 数据采样及上传电路

数据采样及上传电路见主电路图，每个家庭成员的健康数据及生活习惯数据是在射频身份识别后，开启蓝牙数据传送采集的，家庭多人数据采集控制器的蓝牙模块采用HC-06从机蓝牙模块，只作为数据接收端，成员随身终端的蓝牙开启传送和关闭指令都由433M射频指令0x01H～0x06H控制，多名成员在家时则采用循环采集，每次只允许一个蓝牙数据传送。数据上传采用RS485网络，MAX485芯片的RE端接高电平，关闭其接收功能，MAX485芯片的DE端(485SN)连接到单片机的P3.7，由单片机使能控制其发送。这样蓝牙接收和RS485数据上传都使用串口通讯，又相互独立。

3 软件设计

整个系统的软件设计部分主要分为系统各模块初始化、成员识别及处理、摇杆按键处理、显示界面处理、射频设备控制等。整体流程见图5。

摇杆按键需要采集两路模拟信号，在模拟量查询程序中将ADC_CONTR设置为0x88H和0x8AH，开启P1.0和P1.2的模拟量采样端口，根据模拟量的大小可以对应设定参数的方向和变化频率。

433M射频信号的发射地址固定，由单片机对P1.3～P1.6及P4.4进行赋值操作，315M射频信号接收采用查询不同地址的方式进行程序编写。

蓝牙采集的数据结构由开始特征码、发送地址码、数据、进行结束特征码、数据校验码构成，这样可以保证开启蓝牙的随身终端所传的是进行确认识别时需要接收的数据[5]。RS485网络上传的数据结构与蓝牙数据采集的数据结构相似，仅仅将发送地址码改为接收地址码。

4 结语

本设计采用射频身份识别方案，在人员不多的家庭环境比较适合，同时根据射频信号的特点，将采集器放在整套房子中间位置的客厅，可以将射频信号穿墙传到100多平方米套房的每个房间，能在整套房子内进行身份识别。经测试，家庭多人数据采集控制器能够很好显示、保留最新健康数据和生活习惯数据，并能灵活地控制家庭设备。