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

目前市面常見的無(wú)線通信模塊按照傳輸模式分為兩種：非透明傳輸和透明傳輸。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇透明傳輸模塊比較適合，這樣便可以很自由的設(shè)置本設(shè)計(jì)的通信協(xié)議。經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查和對(duì)比，選中LSD-RFMC-B401-A2型無(wú)線透?jìng)髂K。該模塊是一款高性能的射頻收發(fā)器，工作在470 MHz頻段，全透明傳輸，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置各種串口數(shù)據(jù)格式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)限數(shù)據(jù)長(zhǎng)度發(fā)送。
3)電源模塊
電源是整個(gè)系統(tǒng)維持正常運(yùn)行的必要條件，所以一個(gè)可靠的電源是必要的。由于整個(gè)系統(tǒng)中的所有部件不都是工作在相同的電壓下的，所以需要不同的穩(wěn)壓芯片來(lái)為各個(gè)部件供電。經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查，得知電路中需要5 V和3．3 V兩種電壓，所選選擇LM2596_5．0V和LM2596_3．3V這兩款穩(wěn)壓芯片作為每個(gè)模塊的供電芯片。
2．2 通信中繼模塊
通信中繼模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互，所以需要一種與網(wǎng)關(guān)通信的方式。設(shè)計(jì)上采用在基礎(chǔ)模塊之上，添加了與網(wǎng)關(guān)串行異步通信的功能。由于STC12C5A60S2的異步串行通信接口使用的是TTL電平，而網(wǎng)關(guān)平臺(tái)外部接口使用的是RS232電平，所以需要專用的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232。如圖4所示，MAX232連接到STC12C5A60S2單片機(jī)的異步串行通信接口1上，另一端連接到標(biāo)準(zhǔn)的DB9插座上。

2．3 溫濕度及人體入侵檢測(cè)模塊
溫濕度及人體入侵檢測(cè)模塊是在基礎(chǔ)模塊之上添加溫濕度檢測(cè)傳感器和人體熱釋電檢測(cè)傳感器而實(shí)現(xiàn)的。其中溫濕度的檢測(cè)采用DHT11溫濕度傳感器，人體入侵的檢測(cè)則由專用的人體熱釋電感應(yīng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
人體檢測(cè)模塊的工作方式是，當(dāng)有人進(jìn)入到檢測(cè)范圍的時(shí)候，該模塊的狀態(tài)引腳輸出電平由高變低，當(dāng)人走出該范圍的時(shí)候，狀態(tài)引腳的輸出電平又由低恢復(fù)到高電平。利用這一特點(diǎn)，可將該狀態(tài)引腳直接連接到STC12C5A60S2單片機(jī)的外中斷0引腳上，當(dāng)該模塊檢測(cè)到人體時(shí)，狀態(tài)引腳產(chǎn)生下降沿電平，觸發(fā)單片機(jī)外中斷0。又考慮到當(dāng)人體走出檢測(cè)范圍時(shí)，為了讓系統(tǒng)及時(shí)得知，將模塊的狀態(tài)引腳接反相器后，連接到ST12C5A60S2單片機(jī)的外中斷1引腳上。這樣，當(dāng)人體走出檢測(cè)范圍時(shí)，人體檢測(cè)模塊的狀態(tài)引腳產(chǎn)生上升沿電平，經(jīng)反相器取反后變?yōu)橄陆笛仉娖?，觸發(fā)ST12C5A60S2單片機(jī)的外中斷1。人體檢測(cè)模塊電路原理圖如圖5所示。

2. 4 電燈控制模塊
電燈控制模塊主要負(fù)責(zé)打開和關(guān)閉室內(nèi)的燈光。這其中涉及到了弱電壓控制強(qiáng)電壓的問(wèn)題，本模塊單片機(jī)的電壓為5 V，而室內(nèi)燈的電壓是220 V，所以需要通過(guò)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)電燈的打開和關(guān)閉。本設(shè)計(jì)采用2個(gè)常見的5 V單刀單置繼電器，控制兩個(gè)燈的開關(guān)。

如圖6所示，電燈控制模塊是在基礎(chǔ)模塊之上添加了2個(gè)受STC12C5A60S2單片機(jī)的兩個(gè)I／O口P2．1和P2．0控制的繼電器。當(dāng)P2．0輸出為低電平時(shí)，繼電器1上電，從而接通JI插座的兩個(gè)引腳。當(dāng)P2．1輸出為低電平時(shí)，繼電器2上電，從而接通J2插座的兩個(gè)引腳。這樣。就可以通過(guò)J1和J2兩個(gè)插座控制電燈的打開和關(guān)閉了。
2．5 無(wú)線遙控小車
無(wú)線遙控小車是一個(gè)可移動(dòng)的平臺(tái)，在小車上邊可以擴(kuò)展各種傳感器，從而通過(guò)小車的移動(dòng)擴(kuò)大傳感器的檢測(cè)范圍。小車的動(dòng)力為兩個(gè)直流電機(jī)，采用常見的雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)可以通過(guò)控制L298N芯片，間接控制小車的運(yùn)動(dòng)方向和速度。無(wú)線遙控小車上裝有一個(gè)無(wú)線攝像頭，從而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的遙控。在小車前方，增加一些小燈，在需要的時(shí)候打開，使攝像頭可以拍攝到黑暗的地方。具體模塊的實(shí)現(xiàn)是在基礎(chǔ)模塊上添加了電機(jī)控制電路、車燈控制電路和攝像頭電源控制電路。
2．6 遙控終端模塊
遙控終端主要負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的各種信息和控制其他的功能模塊，并且在有人進(jìn)入檢測(cè)范圍時(shí)，提供警報(bào)功能。針對(duì)顯示部分，考慮到信息量較少，所以采用1602字符液晶屏顯示，該字符型液晶屏可一次顯示32個(gè)字符；針對(duì)遙控部分，考慮到需要控制的功能較多，且需要節(jié)省單片機(jī)的I／O口資源，所以采用4x4矩陣鍵盤，該鍵盤可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵輸入，但只用了單片機(jī)的8個(gè)I／O口。針對(duì)報(bào)警功能?？墒褂靡粋€(gè)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 通信協(xié)議設(shè)計(jì)
通信協(xié)議主要包括兩方面內(nèi)容：1)通信中繼模塊與上位機(jī)通信的協(xié)議；2)各模塊間的通信協(xié)議。無(wú)論哪方面的通信，都應(yīng)該首先保證通信數(shù)據(jù)的正確性和可解析性。
3．1．1 通信中繼與上位機(jī)通信協(xié)議
通信中繼模塊與上位機(jī)的通信包括：向上位機(jī)發(fā)送采集信息、接收上位機(jī)的命令。其中接收的命令應(yīng)該盡量簡(jiǎn)短，這是由于單片機(jī)的資源有限，不適合處理長(zhǎng)字符串。
1)上傳信息協(xié)議
下位機(jī)以字符串的方式上傳數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)的字符串必須同時(shí)滿足以下2個(gè)條件：
①字符串長(zhǎng)度為9個(gè)字符；
②以“(”開頭，以“)”結(jié)尾。
如果不滿足以上條件，上位機(jī)應(yīng)放棄處理該數(shù)據(jù)，并且立刻請(qǐng)求下位機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。字符串的形式為：(0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF)，各字節(jié)含義如表1所示。

如果字節(jié)的數(shù)據(jù)為“0xEE”，表示上傳的數(shù)據(jù)中沒有對(duì)應(yīng)字節(jié)的信息。
2)控制命令協(xié)議
控制命令也是以字符串形式傳送。每個(gè)命令字符串必須同時(shí)滿足以下2個(gè)條件：
①字符串長(zhǎng)度為5個(gè)字符；
②以“(”開頭，以“)”結(jié)尾。