物聯(lián)網(wǎng)智能機(jī)房系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：簡(jiǎn)述了實(shí)現(xiàn)智能機(jī)房系統(tǒng)所用的主要技術(shù)、設(shè)計(jì)方法和功能實(shí)現(xiàn)，包括通信協(xié)議設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)功能包括控制、檢測(cè)和無線通信等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房電器的控制、環(huán)境物理量的檢測(cè)、機(jī)房安全的防范及通信等功能。同時(shí)增加了可無線遙控的智能小車，其上添加各種傳感器，實(shí)現(xiàn)傳感器的移動(dòng)檢測(cè)，增加了檢測(cè)的靈活性。通過互聯(lián)網(wǎng)遙控機(jī)房，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試功能均實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能機(jī)房；無線通信；智能小車

自2009年8月溫家寶總理在無錫市提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入了“政府工作報(bào)告”。物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會(huì)極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。智能機(jī)房的發(fā)展與成熟，將會(huì)極大的提高機(jī)房管理的便捷性和可靠性。
文中簡(jiǎn)述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的主要技術(shù)、設(shè)計(jì)方法和功能實(shí)現(xiàn)。其中主要包括通信協(xié)議的設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方法，最終實(shí)現(xiàn)智能機(jī)房的遠(yuǎn)程控制，例如遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫濕度、遠(yuǎn)程接收人體入侵報(bào)警、遠(yuǎn)程控制電燈的開關(guān)，以及對(duì)無線遙控小車的控制等功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)概述
當(dāng)今智能機(jī)房系統(tǒng)包含的功能十分豐富，但還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。智能機(jī)房按照功能，主要包含以下幾方面：機(jī)房網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、總控制管理系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、機(jī)房安防系統(tǒng)、及機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。
該論文從具體功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)層面，討論了以下幾個(gè)系統(tǒng)：環(huán)境物理量檢測(cè)系統(tǒng)，安防系統(tǒng)，照明控制系統(tǒng)。
1．2 設(shè)計(jì)要求
為了便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和改造，將以模塊化的方式實(shí)現(xiàn)需要的功能，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一個(gè)或者幾個(gè)類似的功能實(shí)現(xiàn)。所有模塊之間使用無線方式通信，每個(gè)模塊都要有各自的主控MCU、電源和具體實(shí)現(xiàn)功能的部件。
由于網(wǎng)關(guān)沒有無線功能，系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)模塊負(fù)責(zé)通信中繼，通信中繼包含兩方面：與各個(gè)功能模塊的通信；與網(wǎng)關(guān)的通信。該模塊主要是通過網(wǎng)關(guān)接收上位機(jī)的控制命令，傳送給相應(yīng)執(zhí)行模塊；或者接收各個(gè)模塊的信息，傳送給上位機(jī)。
為了擴(kuò)大環(huán)境物理量的檢測(cè)范圍，增加一個(gè)可自主移動(dòng)的平臺(tái)一無線遙控小車，在該平臺(tái)上可安裝傳感器或者無線攝像頭。同時(shí)為了增加系統(tǒng)的可操作性，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念，該系統(tǒng)還需增加一個(gè)特別的模塊一遙控終端，該模塊負(fù)責(zé)顯示該系統(tǒng)的所有信息，并且可以控制其他的功能模塊。
1．3 系統(tǒng)功能劃分
整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有：環(huán)境物理量檢測(cè)，選擇常見的溫度、濕度；安防，選擇有代表性的人體入侵檢測(cè)；照明控制，控制電燈的開關(guān)；移動(dòng)平臺(tái)，選擇可無線遙控的小車。
為了節(jié)省資源，將溫度、濕度和人體入侵檢測(cè)3個(gè)功能放人1個(gè)模塊中實(shí)現(xiàn)。電燈開關(guān)的控制由1個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。綜上所述，系統(tǒng)一共需要5個(gè)模塊，分別是：通信中繼模塊、遙控終端模塊、溫濕度及人體入侵檢測(cè)模塊、電燈控制模塊，以及無線遙控小車。系統(tǒng)的組織架構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 基礎(chǔ)模塊
5大功能模塊是建立在基礎(chǔ)模塊之上的，每個(gè)模塊都是通過擴(kuò)展基礎(chǔ)模塊來實(shí)現(xiàn)具體功能的?；A(chǔ)模塊包括MCU最小系統(tǒng)、無線通信模塊和電源模塊。
1)MCU最小系統(tǒng)
MCU即單片機(jī)，是每個(gè)模塊系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)各種信息的處理和對(duì)各種外圍設(shè)備的控制，所以選擇一款合適的MCU是整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。該設(shè)計(jì)以市面上最常見也最通用的51單片機(jī)做為主控MCU。為了讓系統(tǒng)有更大的擴(kuò)展空間，應(yīng)選擇一款外設(shè)功能多樣的51單片機(jī)。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查和對(duì)比，選中型號(hào)為STC12C5A60S2單片機(jī)為本設(shè)計(jì)中所有模塊的主控單片機(jī)。
STC12C5A60S2單片機(jī)外設(shè)比較豐富，包括2個(gè)全雙工異步串行通信(UART)接口，2路脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出，一個(gè)同步串行外圍通信(SP I)接口，8路10位精度的A／D轉(zhuǎn)換等，并且該單片機(jī)支持通過異步串行接口編程，這些功能都極大了簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)。

圖2為STC12C5A60S2單片機(jī)的最小系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含如下幾個(gè)部分：
①外部晶振電路
因?yàn)橐褂卯惒酱型ㄐ?，所以選擇11．0592MHZ的晶振作為外部的時(shí)鐘源，這樣能保證異步串行通信的正確性。
②復(fù)位電路
復(fù)位電路包括上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩部分。其中，上電復(fù)位是系統(tǒng)剛開啟時(shí)復(fù)位單片機(jī)的；按鍵復(fù)位是在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，用于手動(dòng)復(fù)位單片機(jī)。
③電源濾波電路
電源濾波電路由兩個(gè)濾波電容組成，是有效防止電源波紋對(duì)單片機(jī)干擾的手段。