基于A(yíng)T89C2051單片機的智能家居報警系統方案設計

圖2 網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)電路原理圖

在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中電源是能源中心,在節點(diǎn)中起著(zhù)非常重要的作用,特別是在無(wú)線(xiàn)通信系統中,電源不光是能源供應者,它也直接影響通信的質(zhì)量。器件對加到輸入引腳或輸出引腳的電壓通常是有限制的。這些引腳由二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過(guò)高，電流將會(huì )通過(guò)二極管或分離元件流向電源。而現行的電壓輸出模塊中多為5V電壓，因而需要設計出一個(gè)輸出穩定的5V轉3V的電壓調節模塊。在該系統中，選用專(zhuān)為通信控制芯片提供轉換電壓的LM1117，它具有功耗低，體積小的優(yōu)點(diǎn)。又因為電壓中含有許多高頻干擾源，這些高頻成分很容易經(jīng)過(guò)電源進(jìn)入通信系統中。

另外系統自身的發(fā)送頻率也會(huì )經(jīng)過(guò)電源感應反饋到通信系統造成干擾。因而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個(gè)不同容值的電容所構成的濾波電路來(lái)抑制各種高頻信號。使節點(diǎn)能夠得到穩定可靠且低干擾的電源,保證節點(diǎn)的可靠運行。該電源電路如圖3所示。

圖3 電源電路

在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題及解決方法有：nRF2401射頻電路工作在2.4GHz~2.5 GHz 高頻率工作頻段，抗干擾設計直接關(guān)系到射頻性能和整個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的運轉情況。在無(wú)線(xiàn)通信部分布線(xiàn)時(shí),合理的布局與布線(xiàn)及采用多層板既是布線(xiàn)所必須的也是降低電磁干擾提高抗干擾能力的有效手段。布線(xiàn)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：一是無(wú)線(xiàn)通信部分電路沒(méi)有用做布線(xiàn)的面積均需用銅填充并連接到地,以提供RF屏蔽達到有效抗干擾的目的 ；二是nRF2401 芯片底部應接地 ；為了降低延遲、減少串擾，確保高頻信號的傳輸 ，要使用多個(gè)接地過(guò)孔將nRF2401芯片底部和地層相連； 三是盡可能地減少串擾，減少分布參數的影響，器件要緊密地分布在nRF2401的四周。

系統軟件設計

在智能家居報警系統中，采用的是網(wǎng)絡(luò )中心節點(diǎn)輪詢(xún)和突出事件報告機制。中心節點(diǎn)每隔一定的時(shí)間向每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)發(fā)送要數命令，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)收到要數命令后，向中心節點(diǎn)回發(fā)數據。如果發(fā)生緊急事件，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可以主動(dòng)向中心節點(diǎn)發(fā)送報告，由中心節點(diǎn)進(jìn)行處理并發(fā)出相應報警信息。中心節點(diǎn)可以對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的閾值參數進(jìn)行設置，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。在智能家居報警系統中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都有一個(gè)固定的地址，傳送的數據基本都是短消息，信息的格式如圖4所示，包括幀頭、目的地址、數據大小、數據內容和校驗位。

網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)打開(kāi)電源，初始化，建鏈后直接進(jìn)入休眠模式，當中心節點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的報警中斷請求時(shí)，觸發(fā)中斷，激活網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，接收報警信息包，處理完畢后繼續進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待有報警中斷請求時(shí)，再次激活。若有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)同時(shí)向中心節點(diǎn)發(fā)送報警中斷請求時(shí)，中心節點(diǎn)來(lái)不及處理而丟掉一些請求，則網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)發(fā)現自己的請求沒(méi)有得到響應后幾秒鐘，再次發(fā)出請求，直到得到中心節點(diǎn)的響應為止。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用串行口通信方式。在程序設計中主要采用中斷的方法來(lái)完成數據的接收和發(fā)送。

結語(yǔ)

根據無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能家居的特點(diǎn)，提出了基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能家居報警系統的構成方案，系統的設計采用了模塊化設計，使其具有很好的移植性和擴展性。并在實(shí)驗室搭建了一個(gè)小型報警系統進(jìn)行實(shí)驗，初步實(shí)驗結果表明：采用基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的報警系統具有較高的通信效率和較好的穩定可靠性。