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基于ZigBee与红外的家居监控系统

2014-08-29 16:26
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引言
  ZigBee是一种新兴的短距离、低速度无线收集技术,次要用于近距离无线连接。早在2004年就被列为当当代界成长最快、市场前景最广漠的十大最新技术之一。ZigBee是一种无线连接技术的贸易化定名,次要用于处理低成本、低功耗、低复杂度、低传输速度、近距离的设备联网使用。而红外技术因兴起早、技术简单等长处先在家电遥控市场先入为主,当前家电遥控根底都采用红外。

  基于ZigBee与红外技术的无线家居监控系统,采用便利、易扩展、低成本、低功耗方案完成家居的无线监控。本系统经由传感器监测节点将收集的消息传送到监视主机,监视主机可经由“网关-CC2430无线模块-进修型红外模块”发出号令节制当前的红外遥控的家电,也可经由“网关-CC2430无线模块”完成对将来ZigBee节制型家电的节制,从而以便利、低成本的编制完成对家居的照明、温/湿度、平安和电器的智能监控。别的,只需将监视主机接入近程收集,该系统便能完成对家居的近程及时监控。

  本文重点引见基于ZigBee技术的遥控家电与现行常用红外遥控家电的兼容和集成及对家居环境的及时监测等方面的研究,最终完成基于ZigBee收集的智能家居。针对ZigBee技术本身的低功耗、低成本和低时延、易扩展等劣势,包管了消息传输和反馈的及时性,并提高了家电遥控设备系统扩展的全体机能。

  1 系统架构

  系统构成如图1所示,监控系统次要包罗监视节点、传感器检测节点、红外直达节制节点。监视节点能够大概建立并维护ZigBee收集,同时担任与监控主机的通信。一旦监控主机接入近程收集,该系统即可进级完成近程及时监控。传感器检测节点担任采集家庭光照、温度、空气质量等环境消息。红外直达节制节点可按照采集的消息经由红外线及时节制空调、灯光等保守红外型家电,而对于将来的ZigBee节制型家电,经由CC2430模块便可完成兼容节制。

  

图1 系统构成框图
 
  2 硬件设想

  2.1 CC2430无线收发模块

  CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS处理方案,它连系一个高机能2.4 GHz DSSS射频收发器核心和一颗玲珑高效的8051节制器。图2为CC2430的一种典型使用电路。该电路使用了一个非均衡天线,多么可使天线机能更好。电路中的非均衡变压器由电容C341和电感L341,L32 1,L331以及一个PCB微波传输线构成,整个布局满足RF输入/输出婚配电阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振电路由1个32 MHz的石英谐振器(XTA-L1)和2个电容(C191和C211)构成;32.768 kHz的晶振电路由1个32.768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(C441和C431)构成。
  

图2 CC2430 典型硬件使用电路

 
  2.2 传感器监测节点

  监测节点的硬件布局采用CC2430作为微处置器,采用DSl8B20作为温度传感器、TPS851作为光敏传感器、TGS2600作为空气质量传感器探测家居环境环境。检测节点电路图设想如图3所示。
  

图3 创奇检测节点电路

 
  2.3 红外节制节点

  红外节制节点以CC2430作为微处置器,采用一体化的红外领受头领受红外消息,以24C64作为存储模块存储进修到得红外编码,考虑到红外发射的距离和无效性,电路红外发射管插手了2个三极管进行两级发大。红外收发部门电路设想如图4所示。

  

图4 红外收发模块
 
3 系统软件设想

  3.1 监视节点

  监视节点既要完成ZigBee收集的建立和维护,包罗新节点的插手和原有节点的退出办理;也要读取并处置监测节点的消息:读取温度、光敏、空气质量传感器的消息并作出响应的反映;又一次要发送节制号令到节制节点:按照经由传感器读取的居室消息节制响应的家电。监测节点的软件流程图如图5所示。
  

图5 监视节点软件流程图
 
  3.2 传感器监测节点

  传感器监测节点的软件设想主如果对温度传感器、光敏传感器、空气质量传感器的驱动函数的编写,限于篇幅在此不作过多阐述。

  3.3 红外节制节点

  红外信号的领受和编码发射是红外节制节点的研究重点,处置思惟是:灿忠淮诬遥控器编码是什么格局,把原遥控器所发出的信号进行切确丈量并缓存,对缓存凹凸电平、时宽等特征参数进行阐发并识别分类,对提取系统码及参数进行编号存储,当需要发射时,再读出储存器内系统码与特征参数并附加上用户的操作码发射出去。此编制的工作过程分以下几步完成:对原始发射信号波形采集到主控MCU的RAM中、阐发信号、存储信号、发射信号。

  红外信号领受流程图如图6所示。领受信号波形的丈量,需采用较高速主节制芯片,对原始信号的进行精密采集,同时采用了比力大的RAM作为信号的缓存。阐发判别信号主如果对采集到的信号进行阐发,比如对信号的发送周期、指导码电日常普通间、数据编码凹凸电平的时间、编码位数据等参数进行详尽阐发,判断出编码类别,提取出特征参数便于下一步的存储。
  


 
图6 红外信号领受流程图          图7 红外信号发射流程图
  红外信号发射流程图如图7所示。

  信号又一次原发射是按照编码类型查表率获得特征参数,再调用发射函数将存储的系统码附加上用户的操作码调制发射出去。

  4 结语

  今朝,市场上基于ZigBee技术的家居电器又一次只处在设想或者小范畴生产的阶段,而红外遥控型家电占领着大部门市场。着眼于ZigBee本身的技术劣势和将来成长趋向,连系当前占领次要市场的红外遥控型家电,本文作者研究斥地了基于ZigBee与红外的无线家居监控系统。测试表白:该套系统操作性强,靠得住性高,成底细对较低,具有很是广漠的市场使用前景。由于现有的技术研究尚不成熟,进行的只是一些初步的技术测验考试,又一次有一些亟待完满的处所,比如,若何完成远距离的无遥控设备的节制,若何真正完成家居的智能化,若安在家庭中建立一个小型的智能节制局域网等,多么使得其功能愈加完满。作者未姑息这一部门进行更深刻的探究。