物聯(lián)網(wǎng)智能機房系統設計與實(shí)現

目前市面常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)通信模塊按照傳輸模式分為兩種：非透明傳輸和透明傳輸。結合本設計的實(shí)際情況，選擇透明傳輸模塊比較適合，這樣便可以很自由的設置本設計的通信協(xié)議。經(jīng)過(guò)實(shí)際調查和對比，選中LSD-RFMC-B401-A2型無(wú)線(xiàn)透傳模塊。該模塊是一款高性能的射頻收發(fā)器，工作在470 MHz頻段，全透明傳輸，可根據實(shí)際應用配置各種串口數據格式，可實(shí)現無(wú)限數據長(cháng)度發(fā)送。
3)電源模塊
電源是整個(gè)系統維持正常運行的必要條件，所以一個(gè)可靠的電源是必要的。由于整個(gè)系統中的所有部件不都是工作在相同的電壓下的，所以需要不同的穩壓芯片來(lái)為各個(gè)部件供電。經(jīng)過(guò)實(shí)際調查，得知電路中需要5 V和3．3 V兩種電壓，所選選擇LM2596_5．0V和LM2596_3．3V這兩款穩壓芯片作為每個(gè)模塊的供電芯片。
2．2 通信中繼模塊
通信中繼模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)與上位機實(shí)現信息交互，所以需要一種與網(wǎng)關(guān)通信的方式。設計上采用在基礎模塊之上，添加了與網(wǎng)關(guān)串行異步通信的功能。由于STC12C5A60S2的異步串行通信接口使用的是TTL電平，而網(wǎng)關(guān)平臺外部接口使用的是RS232電平，所以需要專(zhuān)用的電平轉換芯片MAX232。如圖4所示，MAX232連接到STC12C5A60S2單片機的異步串行通信接口1上，另一端連接到標準的DB9插座上。

2．3 溫濕度及人體入侵檢測模塊
溫濕度及人體入侵檢測模塊是在基礎模塊之上添加溫濕度檢測傳感器和人體熱釋電檢測傳感器而實(shí)現的。其中溫濕度的檢測采用DHT11溫濕度傳感器，人體入侵的檢測則由專(zhuān)用的人體熱釋電感應模塊來(lái)實(shí)現。
人體檢測模塊的工作方式是，當有人進(jìn)入到檢測范圍的時(shí)候，該模塊的狀態(tài)引腳輸出電平由高變低，當人走出該范圍的時(shí)候，狀態(tài)引腳的輸出電平又由低恢復到高電平。利用這一特點(diǎn)，可將該狀態(tài)引腳直接連接到STC12C5A60S2單片機的外中斷0引腳上，當該模塊檢測到人體時(shí)，狀態(tài)引腳產(chǎn)生下降沿電平，觸發(fā)單片機外中斷0。又考慮到當人體走出檢測范圍時(shí)，為了讓系統及時(shí)得知，將模塊的狀態(tài)引腳接反相器后，連接到ST12C5A60S2單片機的外中斷1引腳上。這樣，當人體走出檢測范圍時(shí)，人體檢測模塊的狀態(tài)引腳產(chǎn)生上升沿電平，經(jīng)反相器取反后變?yōu)橄陆笛仉娖?，觸發(fā)ST12C5A60S2單片機的外中斷1。人體檢測模塊電路原理圖如圖5所示。

2. 4 電燈控制模塊
電燈控制模塊主要負責打開(kāi)和關(guān)閉室內的燈光。這其中涉及到了弱電壓控制強電壓的問(wèn)題，本模塊單片機的電壓為5 V，而室內燈的電壓是220 V，所以需要通過(guò)繼電器來(lái)實(shí)現電燈的打開(kāi)和關(guān)閉。本設計采用2個(gè)常見(jiàn)的5 V單刀單置繼電器，控制兩個(gè)燈的開(kāi)關(guān)。

如圖6所示，電燈控制模塊是在基礎模塊之上添加了2個(gè)受STC12C5A60S2單片機的兩個(gè)I／O口P2．1和P2．0控制的繼電器。當P2．0輸出為低電平時(shí)，繼電器1上電，從而接通JI插座的兩個(gè)引腳。當P2．1輸出為低電平時(shí)，繼電器2上電，從而接通J2插座的兩個(gè)引腳。這樣。就可以通過(guò)J1和J2兩個(gè)插座控制電燈的打開(kāi)和關(guān)閉了。
2．5 無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)
無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)是一個(gè)可移動(dòng)的平臺，在小車(chē)上邊可以擴展各種傳感器，從而通過(guò)小車(chē)的移動(dòng)擴大傳感器的檢測范圍。小車(chē)的動(dòng)力為兩個(gè)直流電機，采用常見(jiàn)的雙H橋驅動(dòng)芯片L298N來(lái)驅動(dòng)。單片機可以通過(guò)控制L298N芯片，間接控制小車(chē)的運動(dòng)方向和速度。無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)上裝有一個(gè)無(wú)線(xiàn)攝像頭，從而可以實(shí)現遠程的遙控。在小車(chē)前方，增加一些小燈，在需要的時(shí)候打開(kāi)，使攝像頭可以拍攝到黑暗的地方。具體模塊的實(shí)現是在基礎模塊上添加了電機控制電路、車(chē)燈控制電路和攝像頭電源控制電路。
2．6 遙控終端模塊
遙控終端主要負責顯示系統的各種信息和控制其他的功能模塊，并且在有人進(jìn)入檢測范圍時(shí)，提供警報功能。針對顯示部分，考慮到信息量較少，所以采用1602字符液晶屏顯示，該字符型液晶屏可一次顯示32個(gè)字符；針對遙控部分，考慮到需要控制的功能較多，且需要節省單片機的I／O口資源，所以采用4x4矩陣鍵盤(pán)，該鍵盤(pán)可以實(shí)現16個(gè)按鍵輸入，但只用了單片機的8個(gè)I／O口。針對報警功能?？墒褂靡粋€(gè)蜂鳴器實(shí)現。

3 軟件設計
3．1 通信協(xié)議設計
通信協(xié)議主要包括兩方面內容：1)通信中繼模塊與上位機通信的協(xié)議；2)各模塊間的通信協(xié)議。無(wú)論哪方面的通信，都應該首先保證通信數據的正確性和可解析性。
3．1．1 通信中繼與上位機通信協(xié)議
通信中繼模塊與上位機的通信包括：向上位機發(fā)送采集信息、接收上位機的命令。其中接收的命令應該盡量簡(jiǎn)短，這是由于單片機的資源有限，不適合處理長(cháng)字符串。
1)上傳信息協(xié)議
下位機以字符串的方式上傳數據，每個(gè)數據的字符串必須同時(shí)滿(mǎn)足以下2個(gè)條件：
①字符串長(cháng)度為9個(gè)字符；
②以“(”開(kāi)頭，以“)”結尾。
如果不滿(mǎn)足以上條件，上位機應放棄處理該數據，并且立刻請求下位機重新發(fā)送數據。字符串的形式為：(0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF)，各字節含義如表1所示。

如果字節的數據為“0xEE”，表示上傳的數據中沒(méi)有對應字節的信息。
2)控制命令協(xié)議
控制命令也是以字符串形式傳送。每個(gè)命令字符串必須同時(shí)滿(mǎn)足以下2個(gè)條件：
①字符串長(cháng)度為5個(gè)字符；
②以“(”開(kāi)頭，以“)”結尾。