智能家居无线传输系统设计

龙滔滔，吉承平，李志远

（扬州职业大学江苏扬州225002）

智能家居无线传输系统设计

龙滔滔，吉承平，李志远

（扬州职业大学江苏扬州225002）

本次设计的智能家居无线传输系统，使用户能够更好地享受其全智能的功能所带来的方便。本课题主要利用无线传输主要技术，通过无线通信方式控制家居电源的开启与关闭。将LED灯模拟为普通家居电源，将电动机模拟为电扇。利用单片机进行控制，编码中包含各个LED灯的编址、打开或关闭的命令符，以及电动机正反转的命令符。通过无线模块传输，接收模块接收到信号后，进行解码，解码后LED灯亮灭以及电动机的正反转符合发送端命令。

智能家居；无线传输；单片机；编码；解码

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、通信技术及自动控制技术等有关技术实现家居设施的互联，构建智能的住宅设施管理系统，从而实现安全舒适且环保节能的居住环境［1］，智能家居系统指的是将家居功能实现全智能自动化［2］。通过对物联网和家居设备电源的调查发现，大多数家居设备现在还不具备“无线开启”的特性，因此在此背景下，设计一套适用于无线通信的家居电源系统以适应物联网发展的需要，成为了课题组成员共同的目标。

1　智能家居无线传输系统组成

智能家居无线传输系统的组成分为两个部分，第一部分为无线命令发送系统，包括了独立按键模块与无线发送模块；第二部分为无线命令接收以及处理系统，包括了无线接收模块，单片机处理模块以及电机控制与LED灯启动模块，框图如图1所示：

图1　智能家居系统框图

2　无线命令发送系统的设计

无线命令发送系统的作用是模拟智能家居的遥控设备，通过无线命令发送系统的按键发送智能家居电源的开关命令。

无线命令发送系统的3个按键控制分别为K1、K2、K3，其各有两个功能，第一，按下任意按键后编码芯片SC2262和发射模块上电。第二，当K3按下时，编码芯片SC2262的D3口获得一个高电平被置“1”而D0、D1、D2接地被置“0”此时自动生成了第一种波形，然后被SC2262编码、调制最后由17脚输出送给发射模块，发射模块将其发出，接收模块接收信号，进行解调、解码、地址码匹配，匹配后的结果送由单片机确定为电动机开启命令。当K2按下时D2口被置“1”而DO、D1、D3接地被置成“0”此时自动生成了第二种波形，然后被SC2262编码、调制最后由17脚输出送给发射模块，发射模块将其发出，接收模块接收信号后，由单片机确定一种智能家居电源的开启与关闭。当K1被按下时D1口被置“1”而D0、D2、D3接地被置成“0”此时自动生成了第三种波形，然后被SC2262编码、调制最后由17脚输出送给发射模块，发射模块将其发出，被接收模块接收信号后，由单片机确定另一种智能家居电源的开启与关闭。

图2　无线命令发送系统原理图

3　无线命令接收及处理系统的设计

无线命令接收及处理系统分为二个部分，分别为无线接收模块和单片机处理模块，无线接收模块的主要作用接收无线命令发送系统发送出来的命令，并进行相应的解码，并将解码结果传送至单片机，单片机处理模块的主要作用是根据解码结果进行对应电动机与LED电源的启动与关闭。

图3　无线接收模块工作原理图

接收电路输出端利用三极管9013将输出的高电平转化为低电平，单片机可以更好的识别电平变化的过程。

无线接收的主要作用是把遥控器发送的数据转换成控制脉冲指令，主要是利用超再生接收电路原理，将天线接收的已调信号，经放大电路对接收信号进行放大，再经选频网络将信号进行下变频，然后经LM358构成的检波电路，最终解调出调制信号。

超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射频率一致。间歇振荡是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡与间歇。而间歇振荡的振荡频率是由电路的参数决定的。振荡频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率选高，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。超再生检波电路增益很高，在未收到各种控制信号时，由于受电路自身的热骚动和外界杂散信号的干扰，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围在0.3～5kHz之间。在没有信号时，超噪声电平非常高，经滤波、放大后就会输出噪声电压。当有控制信号到来时，电路谐振以及超噪声被抑制，高频振荡器产生振荡，此时有信号输出。

4　状态指示电路

本功能采用3个LED指示灯来指示系统工作状态，如图4所示。当红灯亮时，电机正传，红灯灭时，电机反转。当蓝灯亮时，表示一种智能家居电源的开启，当黄灯亮时，表示另一种智能家居电源的开启。碰触到行程开关时，相应红色指示灯闪烁3下，同时电动机停止转动。

用P1口控制发光二极管的显示，当上电复位以后，P1各端口均为高电平，如果控制电机正反转的按钮被按下，那么就调用软件把相应端口置为低电平，相应的发光二极管就会亮，用它来表示直流电机所处的状态。

图4　状态指示电路图

5　电机控制电路

本设计采用两个继电器的吸合状态控制直流电动机的旋转方向，来模拟控制类电源的启动与关闭，两个继电器采用5V继电器，通过9012三极管驱动继电器的吸合，如图5所示。

图5　电机正反转控制电路

当单片机的P3.0给低电平时，PNP型三极管9012导通，电流流到线圈，线圈得电，继电器吸合，JDQ1公共端和常开端结合。电流经过JDQ2的常闭端流过电机，经过JDQ1常开端流到负极，这时电机正转；要实现电机的反转时，P3.0是高电平，图中左端的继电器不工作。P3.5给低电平，继电器吸合，JDQ2的公共端和常开端结合。电流从电源经过JDQ1常闭端流到电机，经过JDQ2常开端到负极，这时候实现电机的反转；当P3.0和P3.5都是高电平的时候，两个继电器都不工作，电机的两端都是高电平，这时电机不工作。

6　主程序设计

首先对系统进行初始化，然后进入无线发送子程序，检测3个按键的状态。如果检测到了按键按下，无线接收子程序开始启动，并判断是哪个按键按下，解码成功后进入相应的电源启动子程序，打开对应的LED灯或则电动机。然后进入循环状态，进入无线发送模块的按键检测子程序。

图6　主程序设计流程图

7　特色与不足

本设计采用AT89C51单片机作为控制核心，以无线作为通信方式。硬件部分主要包括遥控发射和接收模块、电机正反转控制模块以及LED状态指示模块等。设计中利用两个继电器来控制电机的正反转，实现电扇电源模拟。通过3个不同颜色的发光二极管来显示智能家居不同电源工作状态。早期研究多采用诸如RS485或电力线载波等技术组成有线网络［3］，本系统是控制模块与智能终端之间采用无线传输方式，避免了有线连接方式布线复杂、线路易腐蚀、维护不方便、影响室内美观等缺点［4］。本设计的不足在于无线通信只能够在控制模块与终端之间进行，而终端与终端之间的互联，智能家居系统与互联网的互联还未实现，无法实现智能家居与互联网之间的信息共享。

8　结束语

“物联网”技术迅猛的发展速度却是前所未有的。在我国，物联网的概念正逐步被人们所认识和接受，家居智能化技术也正逐步深入和推广［5］。文中使用无线通信技术和单片机构成系统的控制平台，实现对家居电源的开启控制，具有一定的实用性。随着人们生活水平的提高和通信技术的发展，实现对智能家居的远程控制，势必会成为一个发展趋势，值得我们更深入地研究和探讨［6］。

［1］俞文俊，凌志浩.一种物联网智能家居系统的研究［J］.自动化仪表，2011，32（8）：56-59.

［2］闵丽娟，卢捍华，陈玲．智能家居的系统结构及相关无线通信技术研究［J］.计算机技术与发展，2011，21（8）:169－172．

［3］兰勇，张博.基于Internet的物联网系统中设备互联和实时在线技术［J］.计算机测量与控制，2011，19（6）：1449-1451.

［4］李红刚，张素萍，方佳，董玲娇.基于ARM的智能家居远程监控系统设计［J］.数控技术，2009，292（5）:134-138

［5］叶兴贵，缪仁希.基于Zigbee的智能家居物联网系统［J］.现代建筑电气，2010，（9）：25-28.

［6］郭稳涛，何怡刚.智能家居远程监控系统的研究与设计［J］.东北林业大学学报计算机测量与控制，2011，19（9）：2109-2112.

The design of wireless transmisson system for smart home

LONG Tao-tao，JI Cheng-ping，LI ZHI-yuan
（Yangzhou Polytechnic College，Yangzhou 225002，China）

The design of smart home wireless transmission system，the user can better enjoy the convenience of its full intelligence capabilities.This topic using wireless transmission technology，the household power on or off is controled by wireless communication.The LED light is simulated as ordinary household power supply，the motor is simulated as fan.It is controled by single-chip microcomputer，code contains LED lights in addressing，the command character for opening or closing the LED，and the command character of positive and negative rotation.Through the wireless module，module receives the signal，decodes code thentheLEDlightsonoroffandpositiveornegativerotationstayconsistentwiththecommandofsendingend.

smart home；wireless transmisson；scm；code；decode

TN80

A

1674－6236（2016）17-0122-03

2015-09-09稿件编号：201509071

江苏省大学生创新项目（201411462001Y）

龙滔滔（1982—），男，江苏扬州人，硕士研究生，讲师。研究方向：电源设计，单片机设计，无线通信设计等。