陳志棟　翁正國

摘 要：隨著智能家居的不斷發(fā)展，各種基于無線網(wǎng)絡(luò)的家電也被廣泛應(yīng)用，文中設(shè)計(jì)了一種以CC1101無線傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，引入WiFi和GSM網(wǎng)絡(luò)的智能空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，從而使得監(jiān)控方式更加多樣化，用戶可以在家或在外實(shí)時(shí)監(jiān)控空調(diào)情況。相比于單純的WiFi網(wǎng)絡(luò)，該設(shè)計(jì)保留了傳統(tǒng)的遙控器功能，具有更低的成本和多種控制方式。文章同時(shí)對(duì)其工作原理和工作方式進(jìn)行了分析，給出了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：CC1101；智能空調(diào)；WiFi；GSM

中圖分類號(hào)：TP301.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）03-00-02

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷成熟，使得其在數(shù)字電視、家庭網(wǎng)關(guān)、智能電冰箱等家電信息領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。WiFi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為家庭、公共場所等必備設(shè)備，針對(duì)WiFi無需布線，具有通用性、靈活性等優(yōu)勢，WiFi產(chǎn)品日漸豐富，采用智能手機(jī)作為控制終端對(duì)家電進(jìn)行無線控制也進(jìn)入了現(xiàn)實(shí)可行的階段。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于CC1101無線傳感網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的智能空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)，并引入GSM網(wǎng)絡(luò)，用戶可以在家或在外實(shí)時(shí)監(jiān)控空調(diào)情況。終端模塊負(fù)責(zé)對(duì)空調(diào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并利用CC1101無線網(wǎng)絡(luò)反饋空調(diào)設(shè)備狀態(tài)；主機(jī)模塊負(fù)責(zé)連接WiFi網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)中，終端網(wǎng)絡(luò)為CC1101模塊組建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)控制空調(diào)設(shè)備；主機(jī)模塊通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備與主控設(shè)備的信息交互，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短信監(jiān)控。系統(tǒng)工作過程分為信號(hào)采集與家居控制兩部分。

1.1 信號(hào)采集

終端控制模塊通過傳感器采集空調(diào)信息，初步處理以后通過CC1101將空調(diào)狀態(tài)傳遞給主機(jī)模塊。主機(jī)模塊接收到CC1101的數(shù)據(jù)后，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳遞到用戶手機(jī)，若信號(hào)異常，則通過GSM網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)報(bào)警。

1.2 家居控制

用戶可以通過遙控器直接控制，也可以通過手機(jī)App進(jìn)行控制。主機(jī)模塊收到指令后，進(jìn)行解碼識(shí)別，將其發(fā)送到相應(yīng)終端模塊，終端模塊再實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)模塊設(shè)計(jì)

主機(jī)模塊通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備與主控設(shè)備的信息交互，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短信監(jiān)控。其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要包括GSM模塊TC35i、無線傳感器模塊CC1101和ESP8266 WiFi模塊。

無線傳感模塊是基于TI/Chipcon公司生產(chǎn)的低成本高性能極低功耗的RF應(yīng)用通信芯片CC1101，能工作在315 MHz、433 MHz、868 MHz 和 915 MHz的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和 SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以通過設(shè)置改變其工作頻率。TC35i是德國西門子推出的GSM專用調(diào)制解調(diào)器，其數(shù)據(jù)接口通過AT指令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，支持Text和PDU兩種格式的短信，模塊通過串口與單片機(jī)相連，單片機(jī)可以通過AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制。HLK-RM04串口轉(zhuǎn)WiFi模塊是主機(jī)模塊是與手機(jī)連接的橋梁，模塊通過串口與單片機(jī)相連，并通過AT指令進(jìn)行控制。液晶和按鍵是人機(jī)信息交互的窗口，便于用戶輸入信息和被控電話。

2.2 終端模塊設(shè)計(jì)

終端模塊主要完成以下兩個(gè)功能：

（1）對(duì)空調(diào)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果預(yù)處理后傳遞給主機(jī)模塊。

（2）接受來自主機(jī)模塊和遙控器的控制命令，并根據(jù)指令控制空調(diào)的運(yùn)行或反饋本模塊信息。其終端模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

溫濕度傳感器SHT10是一款數(shù)字復(fù)合傳感器，具有響應(yīng)快、抗干擾強(qiáng)和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，采用雙線串行接口與單片機(jī)通信。空氣質(zhì)量傳感器采用日本Figaro公司的TGS2600系列空氣質(zhì)量傳感器，對(duì)氣態(tài)的空氣質(zhì)量檢測有很高的靈敏度。

單片機(jī)16F1829接收來自溫度傳感器SHT10的溫度值，并與無線收到的溫度值相比較，通過PID改變電機(jī)功率來調(diào)節(jié)。采集空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)空氣質(zhì)量的好壞來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，完成空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)。

單片機(jī)接收來自CC1101無線傳感器的數(shù)據(jù)，解析收到的控制命令，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/關(guān)閉繼電器、工作模式轉(zhuǎn)換、設(shè)定溫度改變等操作。

3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)主機(jī)的WiFi模塊進(jìn)行靜態(tài)IP地址和端口號(hào)配置、發(fā)送控制命令和接收數(shù)據(jù)信息，GSM模塊的入網(wǎng)，信息發(fā)送和接受及主機(jī)與終端CC1101無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接。

3.1 主機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)模塊主要實(shí)現(xiàn)WiFi模塊進(jìn)行靜態(tài)IP地址和端口號(hào)配置、發(fā)送控制命令和接收數(shù)據(jù)信息、GSM模塊的入網(wǎng)、信息發(fā)送和接收及CC1101無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息交互。主機(jī)模塊程序流程圖如圖4所示。

初始化后，系統(tǒng)提示用戶設(shè)置手機(jī)號(hào)碼、溫濕度報(bào)警上下限等，并將相應(yīng)信息存儲(chǔ)到單片機(jī)Flash中，以后可以直接從Flash讀取用戶數(shù)據(jù)；完成用戶信息配置后，主機(jī)模塊對(duì)WiFi模塊進(jìn)行靜態(tài)IP地址和端口號(hào)配置，使之連接到家庭無線路由器。若手機(jī)和WiFi處于同一個(gè)無線局域網(wǎng)，智能手機(jī)就能與之通信，發(fā)送控制命令和接收數(shù)據(jù)信息；向GSM模塊芯片TC35i發(fā)送握手命令，GSM聯(lián)網(wǎng)成功后，通過CC1101向各個(gè)終端發(fā)送握手指令，若各個(gè)終端模塊工作正常，則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)表示成功。系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，主機(jī)模塊開始監(jiān)聽來自WiFi和GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶信息命令。當(dāng)用戶向系統(tǒng)發(fā)送信息時(shí)，WiFi和TC35i通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控芯片，主控芯片提取并識(shí)別消息內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)控制終端；同時(shí)，從各終端接收到溫濕度、空氣質(zhì)量信息后，通過CC1101發(fā)送到主機(jī)進(jìn)行顯示，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到手機(jī)進(jìn)行顯示；若超過上下限值，則進(jìn)行短信報(bào)警。endprint