【文章內(nèi)容簡介】 合干電池供電的自動控制產(chǎn)品。216。 輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。： 人體感應模塊電路四、光敏傳感器模塊光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長[15]。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成的其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路的放大處理，可以控制LED燈具的自動開關。因此自動控制、家用電器中得到廣泛的應用[16]。： 光敏傳感器模塊電路圖五、顯示模塊本設計顯示模塊采用的是OLED，即有機發(fā)光二極管（Organic LightEmitting Diode），又稱為有機激光顯示。OLED由于同時具備自發(fā)光，不需要光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲線面板、使用溫度范圍廣、構造及制程比較簡單等優(yōu)點。被認為是下一代的平面器新興應用技術。LCD都需要背光，而OLED不需要，因為它是自發(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，OLED的尺寸還難以大型化，但是分辨率卻可以做到很高。在本次設計中，使用的是ALINETEK的OLED顯示模塊，該模塊有一下的特點：216。 模塊有單色和雙色兩種可選，單色為純藍色，雙色是黃藍兩色。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設置，BSO~ 設置5種模式與模塊接口的關系模塊跳線口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個管腳，在16條線中，我們只用了15條，有一個是懸空的。15條線中，電源和地線占了2條，還剩下13條信號線。在不同模式下，我們需要的信號線數(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，那就是復位線RST（RES），RST上的低電平，將導致OLED復位，在每次初始化之前，都應該復位一下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線：216。 CS：OLED片選信號。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)：硬復位OLED。216。 DC：命令/數(shù)據(jù)標志（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開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，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）的感應機構（輸入部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構（驅(qū)動部分）[17]。由于家電電器工作電壓是220V，而單片機工作電壓是5V，因而監(jiān)控家電時需要引入繼電器。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）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。當收到特定的短信要把家電打開時，MCU通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當需要關閉家電時，也是通過繼電器關閉家電。CC2530是一個弱電器件,一般情況下它們大都工作在電壓為5V甚至更低、驅(qū)動電流在mA級以下，而要把它的輸出用于一些大功率場合，比如控制步進電機，很顯然是不可行的。因此，就要設計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。一個典型簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)就是繼電器的驅(qū)動。此處，繼電器驅(qū)動含有兩層意思：一是通過GPIO口對繼電器本身進行驅(qū)動，因為繼電器對于CC2530來說是一個功率器件；另一個就是繼電器去驅(qū)動其它負載，比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器，也可以直接驅(qū)動接觸器，因此繼電器驅(qū)動就是CC2530與其塔大功率負載的接口。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放大功能，信號經(jīng)過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實現(xiàn)對繼電器的控制，最終實現(xiàn)對交流電路的控制[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)總體架構設計，然后針對其方案進行軟硬件選型。首先是確定以CC2530為主控芯片的開發(fā)板作為網(wǎng)絡中的節(jié)點，一個為協(xié)調(diào)器，主要負責組建網(wǎng)絡；一個為終端節(jié)點，主要負責控制各個功能模塊進行功能實現(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模塊、煙霧檢測模塊、人體感應模塊、光電傳感模塊、顯示模塊和繼電器模塊），對各個功能模塊進行分析，最后確定各個功能模塊的設計。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)設計為周期工作，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)。整個無線傳感器網(wǎng)絡分為三種類型：底層普通節(jié)點、簇中心節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。一般的傳感器節(jié)點和控制節(jié)點作為底層普通節(jié)點，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過簇中心節(jié)點進行收集轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)調(diào)，再經(jīng)過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器到達監(jiān)控中心服務器。： 總體流程圖第二節(jié) 無線網(wǎng)絡節(jié)點軟件設計一、無線傳感器和控制節(jié)點軟件設計無線傳感器和無線控制節(jié)點都是無線傳感器網(wǎng)絡的底層的普通節(jié)點，承擔了智能家居環(huán)境參數(shù)的采集和執(zhí)行器件的控制任務。作為底層普通節(jié)點的無線通信模塊，當節(jié)點初始化后，它會依據(jù)ZigBee協(xié)議搜尋網(wǎng)絡，并請求加入節(jié)點。請求得到確定后，節(jié)點會將自身的地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并自動與協(xié)調(diào)器建立綁定。在接收到數(shù)據(jù)傳送請求之后，無線傳感器節(jié)點就會將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)值按時傳給協(xié)調(diào)器，無線控制節(jié)點則接收協(xié)調(diào)器的控制命令對執(zhí)行器件進行相應的控制輸出[19]。： 終端節(jié)點軟件流程圖二、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設計 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器負責接收由簇網(wǎng)絡的簇中心節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)并及時傳送給鍵控中心服務器，同時接收監(jiān)控中心服務器的控制命令，通過簇節(jié)點發(fā)送給無線控制節(jié)點。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器在完成初始化后，則新建無線網(wǎng)絡，如果新建網(wǎng)絡成功，允許網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器設定為綁定[19]。此時，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器檢測是否有節(jié)點要求加入網(wǎng)絡，如果接受到節(jié)點的加入請求，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器會記錄下節(jié)點的地址，并建立綁定，同時向各節(jié)點發(fā)出傳送數(shù)據(jù)。： 協(xié)調(diào)器軟件流程圖第三節(jié) 功能模塊的軟件設計一、煙霧檢測模塊MQ2氣體傳感器可檢測多種可燃性氣體，當傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出電壓信號[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，處理器要把相應的電壓值轉(zhuǎn)換成對應的數(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)中對應的設備文件中，首先系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)打開嵌入式設備中的A/D轉(zhuǎn)換設備，打開設備失敗返回1，以后的系統(tǒng)函數(shù)就可以對設備進行操作。，MQ2其他傳感器有6只針狀管引腳，其中4個用于信號輸出，2個用于提供加熱電流。設傳感器表面電阻是Rs，它是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號輸出獲得的，參考MQ2datasheet ： （） （其電導率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻式電導率的倒數(shù)，所以電阻是減小的，其特性相當于一個滑動變阻器）。 （）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，必將導致R3下降。而R3的下降則會導致MQ2的4腳、6腳對地輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，其輸出電壓也會增大。CC2530開發(fā)板的A/D轉(zhuǎn)換器會把輸入的模擬電壓信號轉(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，在程序中可以設兩個值CC2，假設C1=400，C2 =800，若CC1，系統(tǒng)把室內(nèi)的抽風機打開，把有害氣體排出室外，若CC2，系統(tǒng)把蜂鳴器開起，進行報警。 煙霧檢測模塊程序流程圖二、紅外人體感應模塊紅外人體感應模塊在智能家居系統(tǒng)中廣泛應用，可以應用在家門外，檢測是否有陌生人靠近房屋，也可以使用在保險柜處，檢測是否有人在保險柜附近活動，還可以使用在窗戶邊，有效的防止小孩在窗戶邊玩耍時，不小心從窗戶掉到樓下去。本設計以預防小孩墜樓為例說明紅外人體感應模塊的用處。我們通過在窗戶附近安裝人體紅外傳感器，檢測到小孩靠近窗戶時將關閉窗戶，小孩離開窗戶后將把窗戶打開，最大限度保護小孩的安全。在模型中我們只用了一個人體紅外傳感器，還不能準備判斷是大人還是小孩靠近窗戶，但在實際項目中可在不同高度安裝人體紅外傳感器通過高度準確是大人還是小孩靠近窗戶。紅外傳感器正常工作時，人在進入傳感器的檢測范圍內(nèi)，輸出高電平。當安裝在窗戶邊的傳感器檢測到有小孩時，系統(tǒng)決定將窗戶關閉。： 紅外人體感應模塊程序流程圖三、溫濕度檢測模塊 溫濕度檢測模塊是對家居環(huán)境的溫度和濕度進行實時檢測，當溫度過高或過低時可以通過空調(diào)控制室內(nèi)的溫度，使室內(nèi)溫度保持在一個適當?shù)臏囟戎?；同樣，當室?nèi)濕度過高或過低時，可以通過抽濕器或加濕器對室內(nèi)濕度進行調(diào)節(jié)。： 溫濕度檢測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)的軟件實現(xiàn)過程，首先介紹系統(tǒng)總體框架設計，然后介紹無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的程序?qū)崿F(xiàn)流程圖（包括網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點和網(wǎng)絡終端節(jié)點），最后介紹主要模塊的實現(xiàn)流程圖，這包括紅外人體感應模塊、煙霧檢測模塊和溫濕度檢測模塊。第五章 系統(tǒng)測試第一節(jié) 網(wǎng)絡測試本文的無線網(wǎng)絡中包括兩個節(jié)點，一個協(xié)調(diào)器，一個終端設備。無線網(wǎng)絡是由協(xié)調(diào)器發(fā)起的，當給協(xié)調(diào)器節(jié)點上電以后，LED3燈常亮組建網(wǎng)絡成功，： 協(xié)調(diào)器上電組網(wǎng)協(xié)調(diào)器成功組建網(wǎng)絡以后，給終端節(jié)點上電，剛開始led1閃亮，當成功加入網(wǎng)絡以后，led3常亮，同時在顯示屏上顯示“EndDevice:A9e3 Parent:0”,，表示終端設備的地址為：A9E3，父節(jié)點（也就是協(xié)調(diào)器）地址為：0。 終端設備加入網(wǎng)絡當協(xié)調(diào)器突然斷電，也就網(wǎng)絡消失，這時終端設備led1和led3都閃亮，一直掃描周圍環(huán)境的網(wǎng)絡存在情況。顯示屏上顯示“Assoc f fail”，表示加入網(wǎng)絡失敗。第二節(jié) 煙霧檢測模塊測試煙霧報警模塊在室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時功能模塊上的led燈是處在關閉狀態(tài)的，當煙霧濃霧偏高時，功能模塊中的led燈打開，同時系統(tǒng)把抽風那機打開把室內(nèi)有害氣體排出室外；當煙霧濃度過高時，功能模塊中的led燈打開，同時啟動蜂鳴器進行煙霧報警。在進行系統(tǒng)測試時，用打火機給煙霧傳感器加煙霧，測試煙霧傳感器檢測打火機有害氣體的情況進行測試，經(jīng)過測試，此功能模塊正常工作。當室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時，： 空氣質(zhì)量良好模塊狀態(tài)(綠色led燈關閉)當室內(nèi)空氣中煙霧濃霧偏高時，： 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)時一款對無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)進行管理和監(jiān)控的軟件，針對不同的開發(fā)項目，可以設定不同的模型，本設計所用到的ZigBee管理系統(tǒng)涉及到的功能有：環(huán)境溫濕度的檢測以及溫度/濕度的趨勢曲線；煙霧檢測功能和燈控功能。：ZigBee管理系統(tǒng)就是一個上位機，能夠?qū)揖迎h(huán)境和家庭中的家電進行控制，這很方便我們對家居環(huán)境有一個很清晰的了解，更有利于我們對家中的家用電器進行遠程控制，實現(xiàn)家居安防功能。，當無線傳感器網(wǎng)絡建立起，各功能模塊都正常工作，在進行數(shù)據(jù)采集時，：我們先打開管理系統(tǒng)，找到串口，并打開，然后點擊“自動更新”按鈕，最后按下終端設備上的S1鍵，進行數(shù)據(jù)上傳，這時管理系統(tǒng)的界面上就會顯示功能模塊采集到的數(shù)據(jù)。另外，當我們按下管理系統(tǒng)上“關閉所有燈”的按