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基于射频网络的智能家居电能控制系统

发表于:2019-05-25 11:25 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  近年来,物联网技术发展迅速,全社会的信息化水平不断提升。智能家居是物联网的主要应用之一,已成为当前的热门研究领域,也是未来家居生活的发展方向 。它能够为用户提供舒适、便利的生活环境。但由于市场上的相关产品大多价格昂贵,普及率依然较低。以往的探索与开发往往停留在对电器设备本身的改造上,这种尝试使智能家居产品一度成为奢侈品。本文介绍了一种电能控制系统,作为智能家居的重要组成部分,它在不改动原有电器设备的基础上实现了远程自动控制功能。

  1 系统结构

  该电能控制系统由遥控器和插座节点组成,其工作原理如图1所示。当用户在家时,通过遥控器以射频方式对插座进行控制。插座节点收到信号后,由微控制器进行解码,并根据得出的结果,对特定编号的插座做通断电处理,从而使与其连接的用电器被启动或者关闭。当用户离住所较远时,可通过GSM网络向遥控器发送手机短信 ,微控制器读取信息后,通过射频芯片,将信息传递到室内的无线网络中,进而使相应地址上的插座受到控制。由此可见,遥控器在整个智能家居系统中属于网关节点 ,一方面,它与插座节点组成了室内射频局域网,另一方面,它又与GSM网络相连,延展了遥控距离。遥控器的内部结构如图2所示,包括温湿度检测电路、时钟模块、nRF905射频收发模块、GSM模块等功能电路,这些模块均与控制核心LM3S811相连。该微控制器采用ARM Coaex-M3架构,由于依托高密度的Thumb-2指令集,内存开销大大降低,操作系统的移植也更加方便。

  图1 遥控插座工作原理

  图1 遥控插座工作原理

  图2 遥控器结构框图

  图2 遥控器结构框图

  插座节点主要实现与遥控器的射频通信以及继电器的通断控制,其结构框图如图3所示。插座中的烟雾传感器用于预防火灾危险。一旦检测到烟雾或可燃性气体,插座上对应的继电器将断开,并通过射频收发模块向遥控器汇报,遥控器收到信息后,再通过GSM模块的短信功能及时提醒用户采取相应的措施,防止危险的发生或财产损失的进一步扩大。由于插座端工作量较少,从成本和性能两方面考虑,本系统采用STC12C5620AD微控制器作为插座端的主控芯片。

  图3 插座节点结构框图

  图3 插座节点结构框图

  2 硬件电路设计

  2.1 温湿度检测电路

  本系统采用温度传感器LM35和湿度测量模块CHM-02进行环境监测。LM35的电压输出与摄氏温度呈线性关系,无需校准就可在常温环境下达l/4℃的测量精度。CHM-02模块可在0~70 ℃的温度下对20~95%RH范围内的湿度进行检测,室温下的测量精度为5%RH.温湿度传感器与MCU的接口示意图如图4所示。由于两种传感器输出的模拟信号在MCU片内A/D采样电路的检测范围内,所以直接将两者的输出端与MCU的两个ADC引脚连接。模拟式传感器的使用不但充分利用了控制器的片上资源,而且提高了子程序的利用率。

  图4 温湿度传感器与MCU的接口示意图

  图4 温湿度传感器与MCU的接口示意图

  2.2 烟雾检测电路

  烟雾传感器MQ一2基于SnO:的电化学特性,对可燃性气体及烟尘有良好的检测灵敏度。烟雾检测电路原理图如图5所示。MQ.2在正常工作前需要对内部加热丝的H.h两极通电预热 ,为了防止加热电流过大而导致内部信号线温度过高,此处将加热丝与100 Q电阻串联。当环境中的烟雾或可燃气体超过警戒阈值时,传感器A.B两极间的电导率迅速增加,与其串联的负载电阻m所获得的电压也相应增加,该电压信号经低功耗运放TLC27M2放大后,得到与烟雾或可燃气浓度相对应的模拟量输出,最终接人控制器的ADC模块进行量化。

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