【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。216。 輸出高電平信號(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接。： 人體感應(yīng)模塊電路四、光敏傳感器模塊光敏傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)[15]。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成的其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。光敏傳感器中最簡(jiǎn)單的電子器件是光敏電阻，它能感應(yīng)光線的明暗變化，輸出微弱的電信號(hào)，通過簡(jiǎn)單電子線路的放大處理，可以控制LED燈具的自動(dòng)開關(guān)。因此自動(dòng)控制、家用電器中得到廣泛的應(yīng)用[16]。： 光敏傳感器模塊電路圖五、顯示模塊本設(shè)計(jì)顯示模塊采用的是OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（Organic LightEmitting Diode），又稱為有機(jī)激光顯示。OLED由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需要光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲線面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。被認(rèn)為是下一代的平面器新興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光，而OLED不需要，因?yàn)樗亲园l(fā)光的。這樣同樣的顯示，OLED效果要來得好一些。以目前的技術(shù)，OLED的尺寸還難以大型化，但是分辨率卻可以做到很高。在本次設(shè)計(jì)中，使用的是ALINETEK的OLED顯示模塊，該模塊有一下的特點(diǎn)：216。 模塊有單色和雙色兩種可選，單色為純藍(lán)色，雙色是黃藍(lán)兩色。216。 尺寸小，而模塊的尺寸僅為27mm*26mm大小。216。 高分辨率，該模塊的分辨率為128*64。216。 多種接口方式，該模塊提供了總共5種接口包括：6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式（只需要兩根線就可以控制OLED了）。216。 不需要高電壓。5種模式通過模塊的BSO~2設(shè)置，BSO~ 設(shè)置5種模式與模塊接口的關(guān)系模塊跳線口IIC接口6800并行接口808并行接口4線串行接口3線串行接口BS000001BS110100BS201100： 顯示模塊原理圖 該模塊采用8*，總共有16個(gè)管腳，在16條線中，我們只用了15條，有一個(gè)是懸空的。15條線中，電源和地線占了2條，還剩下13條信號(hào)線。在不同模式下，我們需要的信號(hào)線數(shù)量是不同的，在8080模式下，需要全部13條，而在IIC模式下，僅需要2條線就夠了！這其中有一條是共同的，那就是復(fù)位線RST（RES），RST上的低電平，將導(dǎo)致OLED復(fù)位，在每次初始化之前，都應(yīng)該復(fù)位一下OLED模塊。模塊的8080并行接口的發(fā)明者是INTEL，該總線也被廣泛應(yīng)用于各類液晶顯示器，ALIENTEK OLED模塊也提供了這種接口，使得MCU可以快速的訪問OLED。ALIENTEK OLED模塊的8080接口方式需要如下一些信號(hào)線：216。 CS：OLED片選信號(hào)。216。 WR：向OLED寫入數(shù)據(jù)。216。 RD：從OLED讀取數(shù)據(jù)。216。 D[7：0]：8位雙向數(shù)據(jù)線。216。 RST(RES)：硬復(fù)位OLED。216。 DC：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。六、繼電器模塊繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一[17]。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）[17]。由于家電電器工作電壓是220V，而單片機(jī)工作電壓是5V，因而監(jiān)控家電時(shí)需要引入繼電器。繼電器是一種控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)收到特定的短信要把家電打開時(shí)，MCU通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當(dāng)需要關(guān)閉家電時(shí)，也是通過繼電器關(guān)閉家電。CC2530是一個(gè)弱電器件,一般情況下它們大都工作在電壓為5V甚至更低、驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下，而要把它的輸出用于一些大功率場(chǎng)合，比如控制步進(jìn)電機(jī)，很顯然是不可行的。因此，就要設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接，這個(gè)銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動(dòng)”。一個(gè)典型簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)就是繼電器的驅(qū)動(dòng)。此處，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層意思：一是通過GPIO口對(duì)繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器對(duì)于CC2530來說是一個(gè)功率器件；另一個(gè)就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，也可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，因此繼電器驅(qū)動(dòng)就是CC2530與其塔大功率負(fù)載的接口。CC2530的I/，直接接上繼電器后電平被拉低，無法控制繼電器的閉合。三極管具有良好的信號(hào)放大功能，信號(hào)經(jīng)過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電路的控制[18]。： 繼電器原理圖： 繼電器模塊電路圖第四節(jié) 本章小結(jié)本章通過對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的分析，確定了系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，然后針對(duì)其方案進(jìn)行軟硬件選型。首先是確定以CC2530為主控芯片的開發(fā)板作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，一個(gè)為協(xié)調(diào)器，主要負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)為終端節(jié)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)功能模塊進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，并向協(xié)調(diào)器發(fā)送信息。然后確定了該方案所涉及到的功能模塊（主要包括溫濕度檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊、人體感應(yīng)模塊、光電傳感模塊、顯示模塊和繼電器模塊），對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行分析，最后確定各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。第四章 課題的軟件描述第一節(jié) 總體流程現(xiàn)代家居理念倡導(dǎo)低碳環(huán)保，要求在低能耗的條件下完成家居生活的智能化革命。本系統(tǒng)的傳感器單元采集、傳輸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為周期工作，系統(tǒng)各傳感元件狀態(tài)可分為工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)。整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為三種類型：底層普通節(jié)點(diǎn)、簇中心節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。一般的傳感器節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)作為底層普通節(jié)點(diǎn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過簇中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行收集轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)調(diào)，再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器到達(dá)監(jiān)控中心服務(wù)器。： 總體流程圖第二節(jié) 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)一、無線傳感器和控制節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)無線傳感器和無線控制節(jié)點(diǎn)都是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的底層的普通節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)了智能家居環(huán)境參數(shù)的采集和執(zhí)行器件的控制任務(wù)。作為底層普通節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊，當(dāng)節(jié)點(diǎn)初始化后，它會(huì)依據(jù)ZigBee協(xié)議搜尋網(wǎng)絡(luò)，并請(qǐng)求加入節(jié)點(diǎn)。請(qǐng)求得到確定后，節(jié)點(diǎn)會(huì)將自身的地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并自動(dòng)與協(xié)調(diào)器建立綁定。在接收到數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求之后，無線傳感器節(jié)點(diǎn)就會(huì)將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)值按時(shí)傳給協(xié)調(diào)器，無線控制節(jié)點(diǎn)則接收協(xié)調(diào)器的控制命令對(duì)執(zhí)行器件進(jìn)行相應(yīng)的控制輸出[19]。： 終端節(jié)點(diǎn)軟件流程圖二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收由簇網(wǎng)絡(luò)的簇中心節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)并及時(shí)傳送給鍵控中心服務(wù)器，同時(shí)接收監(jiān)控中心服務(wù)器的控制命令，通過簇節(jié)點(diǎn)發(fā)送給無線控制節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在完成初始化后，則新建無線網(wǎng)絡(luò)，如果新建網(wǎng)絡(luò)成功，允許網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器設(shè)定為綁定[19]。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)，如果接受到節(jié)點(diǎn)的加入請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器會(huì)記錄下節(jié)點(diǎn)的地址，并建立綁定，同時(shí)向各節(jié)點(diǎn)發(fā)出傳送數(shù)據(jù)。： 協(xié)調(diào)器軟件流程圖第三節(jié) 功能模塊的軟件設(shè)計(jì)一、煙霧檢測(cè)模塊MQ2氣體傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出電壓信號(hào)[15]。根據(jù)傳感器輸出的電壓大小判斷環(huán)境中可燃性氣體濃度的大小。MQ2氣體傳感器輸出的是電壓信號(hào)，處理器要把相應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)值，CC2530自帶了A/D轉(zhuǎn)換的功能，A/D轉(zhuǎn)換芯片在嵌入式系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件中，首先系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)打開嵌入式設(shè)備中的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備，打開設(shè)備失敗返回1，以后的系統(tǒng)函數(shù)就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。，MQ2其他傳感器有6只針狀管引腳，其中4個(gè)用于信號(hào)輸出，2個(gè)用于提供加熱電流。設(shè)傳感器表面電阻是Rs，它是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)輸出獲得的，參考MQ2datasheet ： （） （其電導(dǎo)率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻式電導(dǎo)率的倒數(shù)，所以電阻是減小的，其特性相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)變阻器）。 （）Vc為回路電壓即電源電壓，其加在MQ2傳感器的1腳、3腳之間，Vout是傳感器4腳、6腳輸出電壓，R3為傳感器的體電阻。若氣體濃度上升，必將導(dǎo)致R3下降。而R3的下降則會(huì)導(dǎo)致MQ2的4腳、6腳對(duì)地輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，其輸出電壓也會(huì)增大。CC2530開發(fā)板的A/D轉(zhuǎn)換器會(huì)把輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成01023之間的數(shù)字，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字越大，說明電壓越大即煙霧濃度越大。假設(shè)程序中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字是C，在程序中可以設(shè)兩個(gè)值CC2，假設(shè)C1=400，C2 =800，若CC1，系統(tǒng)把室內(nèi)的抽風(fēng)機(jī)打開，把有害氣體排出室外，若CC2，系統(tǒng)把蜂鳴器開起，進(jìn)行報(bào)警。 煙霧檢測(cè)模塊程序流程圖二、紅外人體感應(yīng)模塊紅外人體感應(yīng)模塊在智能家居系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，可以應(yīng)用在家門外，檢測(cè)是否有陌生人靠近房屋，也可以使用在保險(xiǎn)柜處，檢測(cè)是否有人在保險(xiǎn)柜附近活動(dòng)，還可以使用在窗戶邊，有效的防止小孩在窗戶邊玩耍時(shí)，不小心從窗戶掉到樓下去。本設(shè)計(jì)以預(yù)防小孩墜樓為例說明紅外人體感應(yīng)模塊的用處。我們通過在窗戶附近安裝人體紅外傳感器，檢測(cè)到小孩靠近窗戶時(shí)將關(guān)閉窗戶，小孩離開窗戶后將把窗戶打開，最大限度保護(hù)小孩的安全。在模型中我們只用了一個(gè)人體紅外傳感器，還不能準(zhǔn)備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實(shí)際項(xiàng)目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準(zhǔn)確是大人還是小孩靠近窗戶。紅外傳感器正常工作時(shí)，人在進(jìn)入傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，輸出高電平。當(dāng)安裝在窗戶邊的傳感器檢測(cè)到有小孩時(shí)，系統(tǒng)決定將窗戶關(guān)閉。： 紅外人體感應(yīng)模塊程序流程圖三、溫濕度檢測(cè)模塊 溫濕度檢測(cè)模塊是對(duì)家居環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)溫度過高或過低時(shí)可以通過空調(diào)控制室內(nèi)的溫度，使室內(nèi)溫度保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟戎?；同樣，?dāng)室內(nèi)濕度過高或過低時(shí)，可以通過抽濕器或加濕器對(duì)室內(nèi)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。： 溫濕度檢測(cè)模塊程序流程圖第四節(jié) 本章小結(jié) 本章介紹系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的軟件實(shí)現(xiàn)過程，首先介紹系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，然后介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的程序?qū)崿F(xiàn)流程圖（包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)），最后介紹主要模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖，這包括紅外人體感應(yīng)模塊、煙霧檢測(cè)模塊和溫濕度檢測(cè)模塊。第五章 系統(tǒng)測(cè)試第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試本文的無線網(wǎng)絡(luò)中包括兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)協(xié)調(diào)器，一個(gè)終端設(shè)備。無線網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器發(fā)起的，當(dāng)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上電以后，LED3燈常亮組建網(wǎng)絡(luò)成功，： 協(xié)調(diào)器上電組網(wǎng)協(xié)調(diào)器成功組建網(wǎng)絡(luò)以后，給終端節(jié)點(diǎn)上電，剛開始led1閃亮，當(dāng)成功加入網(wǎng)絡(luò)以后，led3常亮，同時(shí)在顯示屏上顯示“EndDevice:A9e3 Parent:0”,，表示終端設(shè)備的地址為：A9E3，父節(jié)點(diǎn)（也就是協(xié)調(diào)器）地址為：0。 終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)協(xié)調(diào)器突然斷電，也就網(wǎng)絡(luò)消失，這時(shí)終端設(shè)備led1和led3都閃亮，一直掃描周圍環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)存在情況。顯示屏上顯示“Assoc f fail”，表示加入網(wǎng)絡(luò)失敗。第二節(jié) 煙霧檢測(cè)模塊測(cè)試煙霧報(bào)警模塊在室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時(shí)功能模塊上的led燈是處在關(guān)閉狀態(tài)的，當(dāng)煙霧濃霧偏高時(shí)，功能模塊中的led燈打開，同時(shí)系統(tǒng)把抽風(fēng)那機(jī)打開把室內(nèi)有害氣體排出室外；當(dāng)煙霧濃度過高時(shí)，功能模塊中的led燈打開，同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行煙霧報(bào)警。在進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，用打火機(jī)給煙霧傳感器加煙霧，測(cè)試煙霧傳感器檢測(cè)打火機(jī)有害氣體的情況進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過測(cè)試，此功能模塊正常工作。當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時(shí)，： 空氣質(zhì)量良好模塊狀態(tài)(綠色led燈關(guān)閉)當(dāng)室內(nèi)空氣中煙霧濃霧偏高時(shí)，： 煙霧濃度偏高模塊狀態(tài)(綠色led燈亮起)第三節(jié) ZigBee管理系統(tǒng)界面ZigBee管理系統(tǒng)時(shí)一款對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控的軟件，針對(duì)不同的開發(fā)項(xiàng)目，可以設(shè)定不同的模型，本設(shè)計(jì)所用到的ZigBee管理系統(tǒng)涉及到的功能有：環(huán)境溫濕度的檢測(cè)以及溫度/濕度的趨勢(shì)曲線；煙霧檢測(cè)功能和燈控功能。：ZigBee管理系統(tǒng)就是一個(gè)上位機(jī)，能夠?qū)揖迎h(huán)境和家庭中的家電進(jìn)行控制，這很方便我們對(duì)家居環(huán)境有一個(gè)很清晰的了解，更有利于我們對(duì)家中的家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)家居安防功能。，當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立起，各功能模塊都正常工作，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，：我們先打開管理系統(tǒng)，找到串口，并打開，然后點(diǎn)擊“自動(dòng)更新”按鈕，最后按下終端設(shè)備上的S1鍵，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，這時(shí)管理系統(tǒng)的界面上就會(huì)顯示功能模塊采集到的數(shù)據(jù)。另外，當(dāng)我們按下管理系統(tǒng)上“關(guān)閉所有燈”的按