一种智能家居远程监控系统设计

一种智能家居远程监控系统设计

总第 4卷第 5 2 8 4期21年 01第0 2期

电测与仪表E lc rc l e s r m e& I s r m e a i n e t i a M a ue nt n tu nt to

Vo . 8 NO 5 2 1 .4 4 F b.01 e 2 1

一

种智能家居远程监控系统设计术余炽业，跃，宋曾国敬，主链刘(东莞理工学院电子工程学院，东东莞 5 3 0 )广 2 8 8

摘要：了设计一种智能型可远程控制的家居监控系统，用 2 4 H模块 n F 4 0,过单片机内部程序控为采 .G z R 2 L 1通制，完成了无线微控制网络的构建，并通过程序控制，现了智能化控制家电，过 A实通 T指令控制 T 3 C 5模块，实现了通过移动终端远程控制家电的功能。本文介绍内容包括系统总体结构、. G z线微控制网络的构建、 24 H无 T3 C 5模块和红外学习遥控的应用，重点介绍系统总体结构及无线微控制网络的构建。该系统组网、装方便，安

能智能化的自动控制家用电器，通过移动电话远程控制家用电器的运转。可关键词：线微控制网络；居监控；能远程； S模块；无家智 GM红外遥控；片机； R 2 L 1单 n F 4 0中图分类号：P 7;P 1 T 2 4T 39文献标识码： B文章编号：0 1—19 ( 0 1 0 0 3 0 10 30 2 1 ) 2— 0 6— 4

A se sg o a tH o e Re o e M o io i y t m Sy tm De in fSm r m m t n t rng S se

Y h—y, O G Y e E G G o— ig L U Z u—l n U C i e S N u,Z N u j, I h n i a

( col f lc o is n ier g, o gu nU i r t o eh o g, o gun5 3 0, u n d n, hn ) S h o o et nc gn e n,D n ga nv sy f c n l y D ng a 2 8 8 G ag o g C i E r E i e i T o aAbsr c I r e o d sg n i tli e t a d r moe—c n r la l o s o to y t m,2. t a t:n o d r t e i n a n elg n n e t o to lb e h u e c n r ls se 4GHz wiee s mo u e rl s d l u n

2 1 su e oc mpeetec n t cin o i ls co—c nrl ew rstru h teS M n e a r c s RF 401wa s d t o lt h o sr t fw r e smir u o e o t t ok h o g h C i ir lp o e s on—

,

c nrl n o to,a d TC3 o u e wa o to ld v a AT o ma d,whih a hiv d t e oe c n r lh m e a p inc s b 5 m d l s c n r l i e cm n c c e e o r m t o to o p la e y a

mo ie tr n 1 b l e mi a .Thec ntn st i ril e c b si cud he s se r hi cu e,t e c n t ci n o 4GH zwie o e t h sa tce d s r e n l e t y tmsa c t t r i e h o sr t f2. u o r—.

ls c o—c nto ewo k e s mir o r ln t r sTC3 o u e a d l ani n rr d r m oe c ntol r T sa tce fc s so y tms a￣ 5 m d l n e r ng i fa e e t o r le . hi ril o u e n s se r c i cu e.t e c n t ci n o r ls c o— c n r ln t r n h t tr e h o sr to fwie e s mir u o to ewo ksa d TC3 d l . Th y tm S e s o i t l c n 5 mo u e e s se i a y t nsal a t e i tlie ta tm ai o to fh m ea p in e,mo iep n st r u h t e o e ain o e oe c n r lh me a p i h n elg n u o tc c n r lo o p la c s b l ho e h o g h p r to fr m t o to o p l—anCeS.

Ke r s: r ls c o—c n rln t r,h me mo t rn i tlie tr mo e,GS mo u e,ifa e e t o— y wo d wie e smir o to ewo ks o ni i g,n elg n e t o M d l nr r d r moe c n to,S r l CM,n 2 D1 RF 4L

0引言

由于红外传输是一项比较成熟且成本低廉的无

现代社会的手机使用已经极其普遍，过手机给通用户反馈信息要比通过电脑网络直接有效且实时性

线传输技术，因此，目前的家电几乎都采用了红外遥控。由于红外遥控的编码方式不同，用学习型红外使遥控能达到对不同家电产品都通用的目的。本文介绍一种以 2 4 H . C z无线微控制网络为基础，过通

高。智能家居行业在近几年得到了较快的发展，智能家居系统也在逐渐成为一个新兴的研究领域。随着 2 4 H频段器件应用的普遍化， . G z .G z 2 4 H频段的高通讯速率和可兼容性正引起人们的重视，比起其它组网方式，采用 2 4 Hz . G通信正逐步成为家电类产品无线通信发展的趋势¨。 国家自然科学重大基金资助项目(0 90 5) 180 9 东莞市 2 1 0 0年科技计划高等院校、研机构重点资助项目科( 0 00 10 1 2 1 18 4 0 )

T3 C 5的短信接口和学习型红外遥控器组成的智能家居监控系统。 1系统设计

通常的智能家居系统中使用的控制网络组网方案有普通的有线传输方式和无线传输两种。有线传输方式依靠电缆连接，虽然连接稳定且速率高，由但于需要布置专用线缆，利性不高。无线传输方式便

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3一 6

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电测与仪表El c rc l e s r m e& I t ume t to e t i a M a u e nt ns r n a in

V0 . 8 No 5 2 I .4 4F b2 e . 01 I

第O 2期

中， 3 5 z和 2 4 Hz个频段， 1 MH频段带有 1 MH .G几 35 z

由 SC9 5R T 8 C 2 C控制 G M模块把信息告知用户。主 S控机硬件结构框图如图 2所示。 如图 3所示，当主控机上电时，单片机 SC9 5R T 8 C 2 C首先对各器件进行初始化，始化完成初后，进入主软件部分，有按键按下则执行相关的按若键处理，取时间和温度，断是否有需要处理的定读判

宽窄且易受干扰，便采用， 2 4 H频段中，包不而 .G z又含蓝牙、iB e几种协议且互不兼容，牙和 Zg Zg e

等蓝 i—

B e术成本高， e技且协议开销大，合考虑，设计采综本用N R I O D C公司的 2 4 H射频收发器件 n F 4 D .G z R 2I1来提供数据交互以组建无线微网络。。 本系统是通过控制 n F4 0 R 2 L 1模块而构成星型

时任务并处理，时查询 n F 4 0同 R 2 L 1看是否收到来自 从机的信息，处理相关数据后，作液晶屏显示相在操关信息

结构的无线微控制网络，以主控机为微网络的中央控制节点，主控机通过微网络控制多个作为执行节点和

测量节点的从机，控机接收处理各从机发来的信主息，将控制信号发往各从机以执行相关控制。星型并

圜囡

函∞固圈

结构的网络管理和控制方便，延迟时间短，靠性高。可系统总体结构如图 1所示。

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禺图 1系统整体结构框图F g Ov r l s se sr c u e dig a i .1 e al y t m tu t r a r m

一

1 1主控机设计 .

主控机的控制芯片使用 S C 9 5 R T 8 C 2 C单片机，无线模块选用 N R I O D C公司 2 4 H . G z单片射频收发芯片 n F 4 0,内嵌 N R I R 2 L 1它 O D C—E h n e h c us n ac dS okB rt

协议，内置链路层，实现点对点或是 1 6无线通可对

信，片机通过 S I式与之通信。选用的 T 3单 P方 C 5是 S m n公司 A i es e T指令操作的 G M模块，统通过 S系n F 4 0接受各分机发来的信息并处理，控制信 R 2L 1将号发往各个分机，通过 P ip并 hl s串行通讯方式的 iP D 54液晶 P D 5 4, C 84 C 8 4可显示 3行 8列汉字来实现处理的数据？/

用户界面，通过 G M给用户提供远程操作接口。并 S使用 D L A A L S公司的时钟电路 D 10 S 3 2作为系统实时

时钟，以提供时问。用主机通过 I0口与 S C 9 5 R/ T 8 C 2 C进行通讯来实现 GM模块的控制。SC95R通过接收来自 S T 8C2 C

图 3主控机软件流程图Fi . Ma trc nr ls fwa e fo c a t g3 se

o to o t r w h r l

G M模块的数据并处理后传至 S C 9 5 R+, S T 8C8 DS C 9 5R T 8 C 8 D+发送的指令经过 S C 9 5 R T 8 C 2 C处理后

1 2从机设计 .

图 4从机的控制芯片使用 S C 2 2 5 A通过 T 1 C 0 2 D, S I口与 n F 4 0 P R 2 L 1通信，并通过继电器和红外学习一

3一 7

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Fe 2 1 b.01

图 4从机电路原理图Fi 4 lv o to ic i d a r m g. S a e c n r lcr u t ig a

遥控控制各家电，温度传感器使用 D L A A L S公司的单

总线温度传感器 D IB 0红外入侵检测使用市面上 SS 2,常见的以 BS00 IS0 1为处理芯片的红外热释电传感器模块。可燃气体传感器使用 MQ~ 2传感器，感电传路输出的模拟电压值通过单片机 S C 2 2 5 A内 T 1C 02 D置A D进行转换。2系统主要模块设计 2 1全球无线移动通信模块设计 .

本系统借用了 G M通讯模块的 S ( h r M s S MS S ot e—

sg ev e短信息服务模式，统采用了 Se el aeSri ) c系 i i m s公司 T 3 C 5无线通讯模块，块提供 A模 T指令接口，支持文本和 P U模式的短消息。通过串口发送 A D T指

令就可以控制 G M模块发送信息到指定的移动终 S端，并且监听 G M模块是否收到新短信。 S

在操作 T 3 C 5模块时，先发送初始化指令首A& T F进行初始化，后通过指令 A然 T+C F选择为 MG文本模式并发送查询指令进行网络状态查询和信息接收查询。若需要发送信息，通过对应指令依次写则图 5 G M模块软件设计框图 SFi . GS mo u e s fwa e d sg ig a g5 M d l ot r e i n da r m

入信息中心号码、目的手机号码和短信内容进行发

2 2无线通信模块设计 .

送。图 5为 T 3 C 5收发短信工作流

程图。信息发送的程序片段如下：ii s ic nt ea o )/初始化 r l m(;/_

n F40 R 2 L 1和单片机相连的有 6根控制和数据信号线，别为 C N、 C MO I MIO、 R和 C。分 S S K、 S、 S I Q E C N为器件片选端， S MIO和 MO I成 S I, S C K、 S S构 P口 I Q为中断， E为模式控制。 R Cn F 4 0可选择的收发模式有 E h ne h c - R2L 1 n a cdS o k

串口

ATAT

_

R T )/格式化指令 S(;/ C E (/网络状态查询指令 RG)/ CC S A()/写信息中心号；/ C S )/写目的手机号 MG (;/

_

AT—

B r收发模式、h c B r收发模式和直接收发模式 us t S ok us t

AT_

A D T )/写信息内容 T A A(;/

一

38一

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Vo . 8 NO 5 2 1 .4 4 Fe . 0 b2 1 1

第0 2期

生 3 k的载波，宽调制后经过缓冲放大后通过红 8 Hz脉|卜射管发射出去。为，外学习遥控器由夕发此红

f箭待l 配为式 f模I X DR 0 l R D P写 A ￣ T AD 4 X DR 1●

SC 2 2 5A T 1C 0 2 D单片机作为控制芯片， S C 2 2 5 A内部集成了 1 k的 E P O用以存 T IC 0 2 D 0 ER M

储红外编码，时器的溢出可作为时钟由 IO口输出定/作为 3 k载波。。 8 Hz。

i鹫效据度i配有数长●

l写 XI I TF F Ol使自应 I 能动答●

红外学习遥控的编码存储采用 E P O存储， ER M由于单片机内置 E P O的擦除速度较慢，在接 ER M若

收时擦除扇区速度太慢，易出错。存储时采用地址且存储扇区和数据存储扇区配合的方式存储，一个扇第区作为地址存储扇区，以存储各编码的存储扇区用

配置模式为发送模式开始发送数据

数，据存储扇区用来存储各编码的内容。数据存储数部分，用当前扇区和备用扇区切换的方式存储，采学习编码时

,先将备用扇区内的内容擦除，新的编码将接收模式置操作流程

写人备用扇区，当红外编码学习完后，过修改地址通存储扇区的内容将当前扇区指向新写好的编码所在

图 6 n F4 0 R 2 L 1操作流程Fi 6 RF 4L o r to r c s g. n 2 01 pe ain p o e s

扇区，备用扇区则指向之前的扇区。而3结束语

实验表明，系统是可行的，监控系统能智能该该三种。本设计中采用 E h ne hc B r收发模式。 n a cdS ok us t

化的自动控制家内电器，通过移动电话远程控制家可里电器的运转。由于使用 24 H .G z无线方式组网，安装方便。 由于采用 5单片机作为微控制器，统反应速 l系度较慢，在通过 n F 4 0且 R 2 L 1进行 2 4 Hz信组网 .G通时，使用跳频方式工作在同时有其他 2 4 Hz未若 .G 频段通信存在时易产生干扰而造成兼容性问题。考虑采用 cr x— ot m3内核的低成本 A M处理器作为主 e R控机的微处理器，在成本增加不多的情况下提升系统

n F4_1具体的操作流程如图 6所示。 R 2I O在软件部分进入其他程序运行前， n F 4D1对 R 2I

进行初始化，置器件的自动重发次数、信频率、配通发射功率和接收增益等参数。 r 操作 n F 4 0时， R 2 L 1首先通过 C口将 n F 4 0 E R 2L 1的C E拉低使其进入待机状态， T写 x和 R x节点地址，为发送则写 T— IO,过 C若 X FF通 E和寄存器 P— WRUP、 PRI M—

R X确定转换的模式。若是发送，等待发则

送完成中断后推出，为接收，等待接受中断然后若则读出接收的数据为避免多个无线模块之间发生冲突，主控机和多个从机分别采用不同的地址，每个从机只

性能，在通过 n F4 0进行 24 H通信组网时， R 2L1 .G z采用跳频方式进行通信，少受干扰的几率，强兼减增容性。 参考文献

跟主控机进行数据收发通信，由主控机作为信息的中继和控制中心，成一个以主控机为中央节点的微控形制网络。 2 3系统自主学习功能设计 .

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红外学习遥控使用 H 88型通用一体化红外 X13接收头作为红外编码接收器件，外发射管使用台湾红亿光的 I33一A。 R3 红外学习遥控由单片机进行脉宽采样并记录，由单片机产生 3 k z的载波， 8H经过缓冲放大后通过红外

t l ae nGP S J .Ju a o hnd iesvo n0m t n r sdo R[] o r l f eguUn ri f fr a 6 oB n C v t I iTc nlg,0 5 2 ( ) 8 eh o y2 0,o I:8—9 . o 1

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LUJn, H N Z i ig L i i.D sn o rls C m n— I ig C E a—pn,I—l Q n ei f e s o mui g Wi e ct nS s m B sdO R 2 L 1 J .Junl f ini nvri f ao yt ae in F 4 0[] o ra o aj U iesyo i e l T n tT c n lg, 0 7 3: 8— 0 eh oo y 2 0 ( ) 3 4 .

发射管发射出去。红外脉宽的采样采用一体化红外接收头接收，通过单片机定时器测量脉宽，后将脉然宽信息写入 E P O E R M存储，送编码时，发由单片机产

[] 3柏业超，杨波，张兴敢 .于 G M模块 T 3基 S C 5的智能门控安防系统

设计… .电子测量技术， 0()1— 3.下转第 4 2 81: 0 1 ( 0 3 2 9页 )一

3— 9

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VO . 8 No 5 2 1 .4 4

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Fe . 0 b2 1 1

波器的设计[]电力系统自动化，0 5,9 3:5— 8 J. 20 2 ( )6 6 .C E u H N Y n—pn, I

G K iS N J n— u . e i fteL F E ig D N a, U i a j n D s n o P m— g hpo e n t ik o eS u tAcie P w rFl ra d P we ytm ly d i heLn ft h n t o e ie n o rS se h v t

[] agYogin, inu, a i a e . e 1A nvl ei 1 Ln nqa gXuda go H da mri R,t . oe d s n 1 n S a gme h d o L t p tl y i tra e fr t r e—p a e v la e s u c t o fLC y e u i t n e f c o h e i h s ot g o r e

rcf rJ .E E A n a Pw rEet nc pca s of ec, et e[] IE n u o e lc oisS eii sC ne n e i i l r lt r2 0 3 3—3 7. 0 5: 1 1

[]Auo t no EetcPw rSs ms20 2 3:5~6 (n J . t i f lci o e yt,0 5,9( ) 6 mao r e 8 iC iee . hns)

[ 2 R ui ,u s L L t esp l l r o ci o e l r 1] ot M T uaH. C y u pyft ratepw rft— mo p ie f v iec mp rs n o n a t e n a sv t o o e o a c d mp n o a io f a c i a d p s i e meh d f r r s n n e a i g v

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[ IE nu oe E coi pc isCn r c,07 J .E E A na Pwr l tn sSei s ofe e20: j l er c l at en2 3 9 9—2 4 9 5.

D s no h n y r P[] Pw r l t nc,0 84 ( ) 9— ei f u t b dA F J . o e e r i 2 0,2 9: g S H i E co s1 i hn s ) 1(n C iee .

[3张国荣， 1]赵春柳，丁明， .出滤波器对 P

F系统性能影响的等输 AP仿真分析[]系统仿真学报，0 9,1 4:6 9 2 J. 20 2 ( )9 9— 7 .ZHANG Gu o—r n Z o g, HAO Ch n—l DI u i u, NG n e 1 S mu ai n Mi g, t a . i l t o

[]i gMau—ci. ayi add s no oe tre—p aeat e 5 J n o a hn Anl s n ei fanvlhe s g hs cv i

pw r lr J .E E Ta sc oso eop c n lc oi ss o e t[] IE r at n nA rsaea dEet nc y~ i fe n i r t s2 0,7( ) 8 4—8 0 e,0 1 3 3: 2 n r 3.

Anl i o up t ie A FSs m[] Junl f ytms— a ss f tu l rnP P yt J .ora o s mu y O Ft i e S e ilt n2 0,1 4 9 9—9 2 i C iee . ai,0 9 2 ( ):6 o 7 (n hn s) 作者简介：

[] 6王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[ .京： M]北机械工业出版社，05:8 2 0 2 0—2 4 8.

[张国荣，国虎， 7]齐苏建徽，并联型有源滤波器输出电感选择的新等.方法[]中国电机工程学报，0 0 3 6:2— 7 J. 2 1,0( ) 2 2 .Z A G G o—rn, IG o u,U J n—h ie a. w Mehd H N u og Q u—h S i a u,t A Ne to 1 o up tn utneSlco nS u t t ePw rFlr J . r— f tu Idcac e t ni h n i o e ie[] Po O ei Acv tceigo eC E 2 1 3 ( )2 2 (nC iee . edn fh S E,0 0,0 6:2— 7 i hns ) t

张国荣( 9 3一)男，,苏张家港人，究员， 16,汉江研硕士生导师，士，究方向：能质量控制技术，力博研电电电子技术，算机应用技术。计

[]强，文华，于贵， .容量 P 8宋刘严等大 WM电压源逆变器的 L滤波 c器设计[]清华大学学报，0 3,3 3:4 3 8 J. 20 4 ( )3 5— 4 .

S N in,I n—h a Y N G n—g ic 1L ie ein O

G Qag LU We u, A a u,t . C Fl rds a t gSineadT cnlg,0 3 4 ( ):4 c c n eh o y2 0,3 3 3 5—3 8 i C iee . e o 4 (n hn s)

f i— o e P l g su ei ee[] Ti h a n e i 0 h h pw r WM v t e or vr r J . s g u i r t r g oa c n t n U vs y[] i r BabegF HasnS D s nadcnrl f nL L— l r 9 Ls r M, l jr, ne . ei ot C ft ee a gn ooa ie—

■■■技术。E—ma:— m—hn 16 cm i ia ce@ 2 . o l制技术。

陈鹏 (9 4一)男，,北衡水人，肥工业大学硕 18,汉河合

士研究生，究方向：能质量控制技术，力电子研电电

李宗钧 (9 7一),, 18男汉安徽六安人，肥工业大学合硕士研究生，究方向：力电子技术，能质量控研电电

b sd tre—p aea t ercie『] I E rn a t n n Id s ae e h h s ci t r J .E E T a sci s n u— v e f i o o

t a A pi t n,0 5 4 ( ) 1 8 r l p l ai s 2 0, 1 5: 2 1—1 9 . i c o 21

[0 J i B me S D s no C ieso A t e rn—E dT 1]a lK,e t . ei fL LFl r f ci—Fot n wo li g t v—

L vl ot e oreC n e e J .E ET asc os nId s ee lg~S uc ovr￣[] I E r at n u— V a t n i o n

投稿 1期：0 0—1 0 3 21 1— 2 (长江杨编发)

ta eet nc,0 9,6 5:6 4—18 . r l l r i 20 5 ( ) 17 i c o s 69

(接第 3上 9页 )B iYe—c a n a g Xi g—g n. D sg fI t l g n o r a h o Ya g Bo Zh n n a e in o n el e t D o i KL UW ER ACADEMI P LI HERS, 9 9, 8—7 C UB S 19 3 7

C n ln S f u dSs m B s S o u C 5 J . l ot l g a ga y e a do G M M d l T

3[] Ee o r i e r t e n e ct neMes rm n T c n lg, 0 8 1:3 ri o aue e t eh o y 2 0 ( ) 1 0—1 2 o 3.

作者简介：

[] ol M,at . 4 M u pu r B骆健霞等译， S y eM G M数字移动通信系统[ . M]北京：子工业出版社，0 1电 20.,

删

研

[] K IDZF U C Y R I. rls S n0 N t nk: u- 5 A YL II,S W, A I CE Wi cs e sr e—w AS r c vy J . o ueN tok,20 3 ( )3 3—4 2 e[] C mptrew rs 02, 8 3:9 2. [] e sh L A.D vlp e tT o rl meAuo t n『 .I E 6 B￣ e ee m n ol f t t i¨ o so o ma0 EET a s n C nu rEe t ne, 9 0 3 (:5 rn .o o s me】c o i 1 9, 6 4) 8 4—8 8 r s 5.

[ Zr a i Ai m ig .) IA Y T M E IN A D 7] o Slc s S aa c 1Gq L S SE S D S N n a c, m li I GP O O Y I G U I G I L P G I MM B E L G C『] R T T P N S N F E D RO I A A L O I M .

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oxae.html