家庭物联网控制系统设计报告.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.30M 资料格式：doc 举报版权申诉

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第八届全国信息水平应用大赛 STC 杯作品设计报告作品名称：家庭物联网控制系统学校：北方民族大学指导老师：祝玲组员：郭萧、倪青松、石文优日期：2013/10/6

一、系统介绍（一）设计背景随着科技的不断发展，家庭中电气设备也越来越多，用电量也越来越大，电气化设备的管理也面临着挑战；再加上人们工作繁忙，很容易忘记一些琐事（比如忘关空调、电源等）。为了解决以上问题我们小组大胆创新，以单片机为控制核心，设计制作出一套简单实惠的智能家庭远程控制系统，以完成电气设备的管理和主人赋予的简单的任务。（二）系统简介家庭智能无线控制系统用于居民家庭中，可以随时检测家庭中的异常情况，以及智能控制家庭的设备，如帮助主人完成一些远程控制家庭设备等的基本任务。该系统主要以 IAP15F2K61S2 为核心控制器件，以 nRF24L01 和 TC35 完成信息传输。主人可以通过给单片机发短息来让单片完成一些任务。由下几个部分组成：电源模块，TC35SMS 通讯模块，SPI 无线传输模块，主控模块，从控模块以及外设（主要控制一些设备），显示模块等。（三）功能简介该系统主要功能有检查家庭设备的运行状况，根据主人命令可实现家用电器的远程控制来完成实际任务，并将执行情况反馈给用户。

二、方案设计与论证系统总设计框图如图所示 TC35 通讯 IAP15F2K61S2 Master 外设或继电器 nRF24L01 Slave1 SPI_BUS 外设或继电器 Slave0 传感器 1，传感器 2,…… 传感器 1，传感器 2,…… （一）电源模块方案 1：电源模块采取线性传统稳压方式，稳压芯片采用 LM7805 和 AMS1117，分别产生 5V，3.3V 电压来为系统供电。优点：电路简单，使用方便，价格低廉。缺点：转化效率低，以发热，输入输出压差大。方案 2：采取开关稳压电源。优点：转化效率高，性能稳定。缺点：电路复杂，所需硬件复杂。考虑到电源经验不足，为降低难度，先采用方案 1，后期再进行将电源升级。（二）控制模块控制模块主要包含主控模块，从控模块。且控制模块采用宏晶公司的 IAP15F2K61S2。该单片机具有以下几个优点：

具有超强抗干扰能力，高速高可靠；不许外部晶振和复位电路；采用 IAP 技术，可省掉外部 EEPROM；2K 的 SRAM；两个独立的串口；八通道高速 10 位 ADC 转化；运行速度快，1 个始终周期的 8051，其运行速度是传统 51 单片机的 7~12 倍，电压范围宽；3 路 PWM 波以及 3 路 PCA；而且程序易移植。鉴于以上优点我们的控制模块，采用了 IAP15F2K61S2。（三）通信模块（1）近程通讯方案 1：采用基于 SPI 通讯协议的 nRF24L01 进行通讯。nRF24L01 是由 NORDIC 生产的工作在 2.4GHz~2.5GHz 的 ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。它具有以下几个优点：通讯距离 30~60 米，体积小，极低的电流消耗，高速率，宽电压工作范围，多频点，低应用成本，便于开发。方案 2：采用 Wi-Fi 方式进行进程通讯。Wi-Fi 是一种能够将个人电脑、手持设备（如 Pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi 是一个无线网路通信技术的品牌，由 Wi-Fi 联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于 IEEE802.11 标准的无线网络产品之间的互通性。Wi-Fi 通讯主要有以下几个优点：传输速度非常快，可以达到 54Mbps，于发射信号功率低于 100mW，等优点。缺点：需要较高配置的单片机，软件较复杂，费用高。通过对比我们采取了 nRF24L01 作为进程通信。（2）远程通讯远程通讯主要采用 TC35 模块：TC35 是西门子的一款双频 900/1800MHZ 高度集成的 GSM 模块。主要应用于远程监控和无线公话以及无线 POS 终端。使用 TC35 模块一方面由于 AT 指令容易入门，且与单片机结合起来编程简单方便，价格低廉，缩短了调试周期。再加上我们的系统主要采取短信形式来进行与单片机进行通讯，因此我们就选用了 TC35 模块。（四）外围执行模块外围电路主要包含一些继电器（用来实现弱电控制强电），光耦，传感器声光设备，液晶显示模块等。它们主要是被用来控制一些家电设备如：日光灯、空调等。（五）显示模块显示模块采用大屏传统 12864，和 LQ12864（小屏）分别用于显示从控制器当前工作状态以及主控制器当前的工作状态，便于维护。从控制器任务较大，处理信息多因此采用大屏显示字符多的价格低廉的 12864。三、硬件设计（1）电源部分采用线性稳压电源，锂电池供电

（2）控制与通讯部分（i）主控制器与 TC35 电路设计 GSM 是全球移动通讯系统，采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。且其防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。GSM 模块 TC35，其自带 RS232 通讯接口，可以方便地与 PC 机和单片机联机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统数据传输、语音传输、SMS（短消息服务）和传真。在本系统中 TC35 实现了系统与手机的 GSM 通讯。完成了短信报警、短信控制功能等。（ii）控制器与 nRF24L01 电路设计，电路图如图所示：

（3）外设及显示部分：（4）总原理设计图

四、软件设计下图分别为主从控制器的程序流程图 START 设备初始化 Init_ok? Y RX_SMS Y Openl N Closel N End N N Y Y TX_CMD2S0 TX_CMD2S1

START 设备初始化 Init_ok? Y RX_SMS Y Openl N Closel N End N N Y Y OpenL RET_OK Closel RET_OK 五、设计总结小组成员从确立题目到做出成品大概用时一周，我们是在国庆假期的七天里夜以继日的工作，最终做出成品。通过制作这个小系统我们又加深了对宏晶单片机的了解，对无线传输、串口通信、多机通信……有了进一步的理解。这几日的连续奋战锻炼了我们的吃苦耐劳的精神，同时对团队合作的认识更加深刻。把所学的理论知识应用到实际的制作中是我们本次制作过程中最大的收获。参加比赛是一个过程，在这个过程中和队友一起努力、一起熬夜、共同学习、共同进步的过程才是最值的回味的，也是参加比赛的整个过程中收获最大的。

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