基于無線數(shù)據(jù)傳輸智能窗簾的設(shè)計(jì)

鄒潤(rùn) 史秀男 沈陽(yáng)工學(xué)院

智能窗簾網(wǎng)絡(luò)基于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的紅外技術(shù)來對(duì)家庭的窗簾進(jìn)行集中控制管理。窗簾和窗戶可以通過室外溫度、光強(qiáng)度等參數(shù)來控制。同時(shí)，它可以起到美化節(jié)能和美化建筑整體的作用。但是，這個(gè)方案統(tǒng)一了的家庭的溫度和光的狀況，并且沒有根據(jù)的住宅建設(shè)的實(shí)際的必要性，為了統(tǒng)一管理和控制，在廣泛使用中有一定的限制性的存在。其典型的原理框圖為圖1所示。

圖1 基于WIFI技術(shù)的智能窗簾網(wǎng)絡(luò)化控制系

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 時(shí)鐘模塊硬件電路

DS1302和微控制器連接只需要三行，采用三線SPI接口與CPU同步通信發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)或多個(gè)字節(jié)的RAM中的數(shù)據(jù)。為了保證同步工作模式的實(shí)現(xiàn)，只有在時(shí)鐘信號(hào)控制的情況下，電路才嚴(yán)格遵守時(shí)間控制。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中系統(tǒng)時(shí)鐘所采用的晶振為50MHz的有源晶振，活躍的晶體主要使用3.3V直流電源，該電源系統(tǒng)時(shí)鐘電路。該時(shí)鐘電路是單片機(jī)最小系統(tǒng)中常用的系統(tǒng)時(shí)鐘電路，因此該設(shè)計(jì)電路非?？尚校€(wěn)定性也很好。

1.2 復(fù)位電路

AT89C51的復(fù)位銷（復(fù)位）高等級(jí)以上連接2個(gè)機(jī)器循環(huán)，復(fù)位電路如圖1.2所示，RST銷復(fù)位信號(hào)輸入，復(fù)位信號(hào)的有效高度，RST有一定寬度的脈沖，可以有效地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)腞c值組合可以很容易的輸出超過兩個(gè)機(jī)器周期的高電平從而達(dá)到復(fù)位的目的。將程序執(zhí)行錯(cuò)誤和操作錯(cuò)誤更改為系統(tǒng)，然后按復(fù)位按鈕重新啟動(dòng)。

1.3 單片機(jī)晶振電路

各電路使用振動(dòng)電路發(fā)生的信號(hào)。圖1.3所示，XTAL 1相反的放大器的輸入，啤酒正經(jīng)的振動(dòng)頻率的信號(hào)，XTAL 2逆的放大器的輸出。外振蕩器，C 2組成并聯(lián)諧振電路，并行的反饋電路。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中，外部原件可通過XT2的進(jìn)出兩個(gè)端口與電路連接，從而產(chǎn)生自激振蕩。這個(gè)外部原件一般都是一個(gè)并聯(lián)諧振電路，其中包含石英晶振和瓷片電容。

1.4 光電傳感器

窗簾為了根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的照明控制功能使用光的強(qiáng)弱自動(dòng)控制窗簾的打開關(guān)關(guān)，感光元件。在本設(shè)計(jì)中，使用照片阻力。采用光控制原理，打開自動(dòng)窗簾，深顏色的窗簾關(guān)上。比較電路是參考放大器輸入2個(gè)電阻值的電壓值，利用電壓反轉(zhuǎn)輸入感光的光收集外部環(huán)境，暗的感光的抵抗特性，對(duì)亮抵抗少，確定逆電壓輸入值。

光電傳感器簡(jiǎn)單易用，從輸入3.3V線和殘疾時(shí)的低電平輸出信號(hào)正確地檢測(cè)到高電平。當(dāng)有光線發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能捕捉到這一信號(hào)從而做出反應(yīng)。

1.5 WIFI無線模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中使用的古北WIFI模塊。BroadLink開放SDK可以讓開發(fā)者在BroadLink智能模塊時(shí)，快速集成BroadLink的easyconfig技術(shù)，設(shè)備發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶约旱膽?yīng)用中。用戶只需要將硬件和UI準(zhǔn)備好，即可以在最短時(shí)間內(nèi)完成整套產(chǎn)品的開發(fā)。同時(shí)，也可以直接控制BroadLink的智能產(chǎn)品。Wifi模塊采用市面流行的成型模組，同MCU串口通訊，交互數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)端利用的云平臺(tái)。

在原理圖中，MCU和WiFi模塊與三極管通信，以轉(zhuǎn)換3.3V和5V電平。無線網(wǎng)絡(luò)非常普遍。WI-FI無線局域網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的全覆蓋，所有的視頻設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備通過無線WI-FI技術(shù)。同時(shí)，WI-FI技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本也較低。所以，本項(xiàng)目采用WI-FI網(wǎng)絡(luò)接入方案。單片機(jī)識(shí)別了感知層信號(hào)后，通過UART通訊把數(shù)據(jù)接入WI-FI模塊，WI-FI模塊形成的熱點(diǎn)可以將數(shù)據(jù)傳入路由器，再接入局域網(wǎng)絡(luò)或直接利用WI-FI熱點(diǎn)互聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)。

2 主流程程序設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問家中設(shè)備的功能，必須將設(shè)備與Internet網(wǎng)絡(luò)相連，通過在互聯(lián)網(wǎng)上交換客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，在物理網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)層之間將IP數(shù)據(jù)包采用一定的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行接收和發(fā)送，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)公有化。而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，則必須通過TCP/IP協(xié)議棧的介入才能完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交互功能。對(duì)于使用嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行微控制器的硬件設(shè)備，集成TCP/IP堆棧的文件系統(tǒng)通常在系統(tǒng)操作系統(tǒng)中。本系統(tǒng)TCP協(xié)議采用了一系列簡(jiǎn)化機(jī)制，保證系統(tǒng)功能前提下提高系統(tǒng)的軟硬件資源利用率。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)首先從整體上對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)按照功能實(shí)現(xiàn)的不同進(jìn)行模塊的劃分，大致分成二個(gè)部分。

（1）主要是環(huán)境數(shù)據(jù)的采集以及無線傳輸，在這部分內(nèi)，主要工作集中在選擇傳感器并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的功能的實(shí)現(xiàn)、利用無線WIFI協(xié)議如何將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器上、硬件的設(shè)計(jì)及軟件的實(shí)現(xiàn)、完成系統(tǒng)的調(diào)試。

（2）主要是環(huán)境數(shù)據(jù)的收集處理及對(duì)采集導(dǎo)對(duì)傳輸端相關(guān)功能的控制，在這部分內(nèi)，主要工作集中在利用己有的硬件搭建好系統(tǒng)所需的硬件環(huán)境，在該條件基礎(chǔ)上，根據(jù)手機(jī)系統(tǒng)層次劃分及應(yīng)用程序編寫實(shí)現(xiàn)方法完成手機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集及將數(shù)據(jù)保存至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，控制各個(gè)家居子系統(tǒng)。