參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)必須依靠Internet網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)對整個家居系統(tǒng)進(jìn)行控制,，這大大限制了應(yīng)用場合,，使其應(yīng)用具有一定的局限性,。參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的家居控制系統(tǒng)利用ZigBee無線通信技術(shù)作為通信工具,，但是其必須利用單獨(dú)的外接ZigBee模塊才能完成通信功能，所以制作成本較高,。針對以上缺點(diǎn),，本系統(tǒng)采用MSP430系列單片機(jī)CC430F6135，其不但具有MSP430系列單片機(jī)的低功耗性能,，而且具有RF無線收發(fā)器的功能,，這兩種性能充分滿足了低功耗和無線通信的要求，使得系統(tǒng)的成本降低,。本系統(tǒng)采用了觸摸屏來對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制,，方便用戶使用，避免了操作面板上繁瑣器件給使用帶來的不便,。
1 裝置整體運(yùn)行原理
智能家居系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能大概有以下幾個方面：
?、侔卜拦δ堋Ｄ壳凹彝グ卜老到y(tǒng)主要功能是監(jiān)控非法闖入和門的開關(guān)等,。一旦出現(xiàn)問題事件,，系統(tǒng)會自動發(fā)出相應(yīng)的信號給主控制器，及時通知用戶有情況發(fā)生,。
?、诩译娍刂啤译妼?shí)行智能控制，用一個便攜的觸摸屏控制器就可以控制家里的任何電器,，包括電視機(jī),、冰箱、空調(diào),、電腦等,，還可以實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)電器等功能。
?、蹮艄饪刂?。根據(jù)不同的室內(nèi)自然光強(qiáng)度，可以智能地調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度,，外加的光敏控制元件可以感測外面光的強(qiáng)度,，并根據(jù)實(shí)際設(shè)定的要求自動調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。
智能家居控制系統(tǒng)依靠一個主控制器來對整個家居進(jìn)行控制,，包括家電控制,、燈光控制、家庭安防控制等,，整個控制均通過觸摸屏操作完成,，方便用戶使用。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示,，主控制器采用MSP430系列單片機(jī)CC430F6135為核心,，其與觸摸屏通過串口進(jìn)行通信，觸摸屏界面包含了家電控制,、燈光控制,、安防控制3個部分，點(diǎn)擊其中一個模塊會進(jìn)入到相應(yīng)的子模塊中,，其詳細(xì)控制流程在軟件部分會詳細(xì)介紹,。當(dāng)觸動一個功能后，觸摸屏通過串口傳遞給CC430F6135控制指令,，CC430F6135分析指令并通過其內(nèi)部集成的RF無線收發(fā)模塊將控制指令發(fā)送給驅(qū)動模塊(驅(qū)動模塊由CC430F6135控制),，驅(qū)動模塊通過其內(nèi)部的RF無線收發(fā)模塊接收指令，并按照指令要求驅(qū)動相應(yīng)的家電設(shè)備,。
MSP430單片機(jī)最大特點(diǎn)就是低功耗,，而且內(nèi)部集成的RF無線通信模塊可以節(jié)省外部單獨(dú)外接的無線模塊，降低成本,，觸摸屏的應(yīng)用可以方便用戶使用,，避免了面板上繁瑣的按鈕器件給用戶帶來的不便。整個主控制器完全是手持化產(chǎn)品,，方便移動和操作,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括主控制器設(shè)計(jì)和各個子驅(qū)動模塊設(shè)計(jì),。
2．1 主控制模塊設(shè)計(jì)
2．1．1 CC430F6135器件介紹
CC430F6135是MSP430F6xx MCU與低功耗RF收發(fā)器相結(jié)合的產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)極低的電流消耗,，從而使采用電池供電的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無需維修即可工作長達(dá)數(shù)年以上,。而且微型封裝所包含的高級功能還可為創(chuàng)新型RF傳感器網(wǎng)絡(luò)提供核心動力，以向中央采集點(diǎn)報(bào)告數(shù)據(jù),。CC430F6135為16位超低功耗MCU,，具有16 KB程序存儲器、2 KB的SRAM,、CC1101無線電和USCI,，供電電壓為1．8～3．6 V，正常工作模式消耗電流為160μA／MHz,，低功耗模式3消耗電流為2．0μA,，從待機(jī)模式到喚醒模式響應(yīng)時間不超過6μs。
2．1．2 CC430F6135的RF無線收發(fā)模塊電路
CC430F6135內(nèi)部集成了CC1101無線電收發(fā)器,，本設(shè)計(jì)中的RF頻率為889．99 MHz,，數(shù)據(jù)傳輸速率為51．343 kbps，信道間隔為211．572 kHz,，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，通過軟件可以調(diào)節(jié)RF無線發(fā)送功率的大小，這樣根據(jù)發(fā)射距離的遠(yuǎn)近去設(shè)置功率的大小,，達(dá)到降低功耗的目的,。其電路圖如圖2所示，因?yàn)橄到y(tǒng)需要5 V電源和3 V電源,，所以在本系統(tǒng)中選用了5 V的電池,，經(jīng)過LM1117轉(zhuǎn)換成3 V供給單片機(jī)。CC430F6135外接晶振為26 MHz,。RF_N和RF_P為RF無線電發(fā)射引腳，兩引腳外接天線,，其功率可以達(dá)到-100 dBm以上,。其傳輸距離在無間隔的情況下可以達(dá)到200 m左右，在有墻壁的情況下可以達(dá)到60 m,，完全滿足家居控制系統(tǒng)的要求,。
2．1．3 觸摸屏控制模塊電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用了北京迪文科技的DMT32240T03501WN型觸摸屏，所有的智能顯示終端都是基于圖形界面操作,。其為4線電阻式模擬觸摸屏,，終端尺寸為3．5英寸，圖形點(diǎn)陣為320×240,，背光模式為LED式,，輸入電壓可以選擇范圍為3～10 V，內(nèi)置32 MB存儲器，60個字庫容量,，支持GBK(簡體),、BIG5(繁體)等，而且支持用戶自己設(shè)計(jì)的字庫,，其內(nèi)部有96 MB的圖片存儲空間,，最多存儲153幅全屏圖片。其提供RS232串口與PC等進(jìn)行通信,，通信方便,，數(shù)據(jù)最高傳輸速率可以達(dá)到115 200 bps。此觸摸屏提供兩種供電方式,，分別為3 V和5 V,。
DMT32240T035_01WN型觸摸屏提供了豐富的指令集，通過輸入相關(guān)的指令即可實(shí)現(xiàn)特定的功能,，包括設(shè)置當(dāng)前調(diào)色板顏色,、設(shè)置字符間隔、光標(biāo)顯示,、文本顯示,、點(diǎn)顯示、圖片顯示,、保存屏幕當(dāng)前顯示的圖片,、圖片剪切、動態(tài)顯示曲線波形,、頻譜顯示,、時間顯示、蜂鳴器音量調(diào)節(jié)等,，這些功能以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用將在軟件設(shè)計(jì)中作詳細(xì)的介紹,。
DMT32240T035_01WN型觸摸屏在本系統(tǒng)采用的是5 V的供電方式，根據(jù)器件本身的特性,，其UART串口輸出為5 V的電平,，因?yàn)镃C430F6135的SCIA口輸出的3 V電壓，這就需要一個電平轉(zhuǎn)換芯片將CC430F6135輸出的3 V轉(zhuǎn)換成5 V電壓,，以便和觸摸屏進(jìn)行通信,。為此選用了SP32 23E型RS232接口芯片，其工作電壓為3 V,，其外部需要連接4個電容以維持系統(tǒng)運(yùn)行,，其與觸摸屏和CC430F6135硬件連接圖如圖3所示。SP32 23E外接3 V電源,，其需要并聯(lián)兩個電容以便能夠獲得較好的標(biāo)準(zhǔn)電壓,，／EN直接地使SP3223E一直處于工作狀態(tài),，CC430F6135的TX端口與SP 3223E的T1IN端口相連，RX口與R10UT端口相連,，SP3223E的T10UT端口與觸摸屏的TX端口相連,，R1IN端口與觸摸屏的RX端口相連，這樣就具備了CC430F6135與觸摸屏的串口通信功能,。
2．2 安防控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．2．1 門控系統(tǒng)
門控系統(tǒng)的作用是當(dāng)主控制器發(fā)出開門或關(guān)門的指令后,，門控系統(tǒng)會根據(jù)指令的要求進(jìn)行開門或者關(guān)門，此系統(tǒng)采用CC430F6135控制繼電器開通,，進(jìn)而控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作去控制門的動作,，為了保證繼電器可靠而穩(wěn)定的工作，本文選用TIANB0 HJR-3FF-S-Z系列繼電器,，此繼電器負(fù)載端電壓可以達(dá)到250 AVC／30 DVC,，在環(huán)境溫度介于-30～60℃之間可以工作1×105次以上。工作電壓為5 V,，額定工作電流為70 mA,，因?yàn)镃C430F6135的I／O輸出為3 V，所以不能直接驅(qū)動繼電器工作,，所以中間需加一晶體管S8050作為開關(guān)來控制繼電器的開關(guān),，繼電器通過接收CC430F6135的控制信息完成相應(yīng)的控制動作。門控系統(tǒng)電路如圖4所示,。
2．2．2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)
報(bào)警電路的作用是通知用戶有人在門外或者有人闖入指定區(qū)域,，其工作原理是當(dāng)人體接近紅外探頭時，紅外模塊會發(fā)出一個信號給單片機(jī),，單片機(jī)會將有人接近的指令傳送給主控制器,，進(jìn)而通知用戶有人在門外。如圖5所示,，本模塊采用紅外熱釋電處理芯片BISS0001,，BISS00 01是一款高性能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小,，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外傳感器,，廣泛用于安防、自控等領(lǐng)域,。首先熱釋電紅外傳感器在有人接近的時候會輸出一個信號，BISS0001內(nèi)部的運(yùn)算放大器0P1將此信號作第一級放大,，然后由運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級放大,，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs給CC430F6135,，CC 430F6135檢測出信號的變化,，將觸發(fā)指令通過內(nèi)部集成的RF模塊傳輸給主控制器,，完成報(bào)警電路功能。
2．3 家電及燈光硬件電路設(shè)計(jì)
家電控制與門控系統(tǒng)的硬件電路基本相同,，都是采用CC430F6135控制繼電器的開關(guān)進(jìn)而去控制家電的開關(guān),，其電路圖與圖4基本相同，在這里就不再給出硬件電路圖,。主控制器發(fā)出打開某個家電的命令,，接收模塊接收到命令后判斷指令的功能，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行相關(guān)的控制,。
燈光控制模塊作用是對燈光的進(jìn)行智能調(diào)節(jié),，這部分與圖5的報(bào)警模塊類似。在有人的情況下,，系統(tǒng)會自動打開燈,，如果沒人活動燈會自動關(guān)斷。在白天光照強(qiáng)烈的情況下,，光敏電阻R9的阻值會降到最低,，相當(dāng)于短接，這時會使BISS0001芯片關(guān)閉,，停止工作,，這樣芯片不再輸出控制信號，使燈自動關(guān)閉,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主控制器的軟件設(shè)計(jì),、驅(qū)動模塊的軟件設(shè)計(jì)和觸摸屏軟件設(shè)計(jì)。
3．1 主控制器軟件設(shè)計(jì)
主控制器程序流程如圖6所示,。首先觸碰觸摸屏的開始圖標(biāo),，系統(tǒng)開始運(yùn)行，此時觸摸屏的界面會顯示出3個模塊,，分別為家電控制模塊,、門控模塊、燈光模塊,，每個模塊都有自己的控制功能,，以家電控制模塊為例進(jìn)行說明。觸碰家電模塊后,，觸摸屏界面顯示一個框圖表,，包括電視機(jī)、音響,、電腦等家電設(shè)備,。觸碰到電視機(jī)后，CC430F6135利用內(nèi)部集成的RF收發(fā)模塊發(fā)出打開家電的控制指令給CC430F6135為控制核心的驅(qū)動模塊,。驅(qū)動模塊接收指令并判斷指令的功能,，然后連接到電視機(jī)的端口會置為高電平,，此時控制電視機(jī)的繼電器會閉合，電視機(jī)被打開,，至此整個控制操作完成,。在間隔40 s內(nèi)若沒有觸碰觸摸屏則CC430F6135會進(jìn)入低功耗模式3中，系統(tǒng)的DC發(fā)生器被關(guān)斷,，只有晶振是活動的,，系統(tǒng)的總中斷允許位被打開。此時觸摸屏也會進(jìn)入低功耗模式,，屏幕顯示為黑白色,，進(jìn)入低亮模式，這樣就能使功耗達(dá)到最低,，延長電池使用時間,。
3．2 驅(qū)動模塊軟件設(shè)計(jì)
家電控制、門控控制,、燈光控制等的驅(qū)動模塊基本相同,，現(xiàn)以家電控制的驅(qū)動模塊為例進(jìn)行說明，其程序流程如圖7所示,。驅(qū)動模塊初始階段會一直處于低功耗模塊中,，當(dāng)主控制器發(fā)送控制指令后，驅(qū)動模塊會被RF接收中斷喚醒,，并執(zhí)行相應(yīng)的指令功能,。執(zhí)行成功后，會發(fā)送執(zhí)行成功的指令給主模塊,，然后進(jìn)入到低功耗模式中,，此時驅(qū)動模塊的CC430F6135的I／O口會一直保持狀態(tài)不變，DC發(fā)生器被關(guān)斷,，主中斷被打開,，此時功耗達(dá)到最低。
3．3 觸摸屏軟件設(shè)計(jì)
DMT64480T056 01W型觸摸屏內(nèi)部集成了指令集,，只要按照指令的要求通過串口輸送給觸摸屏,，就可以實(shí)現(xiàn)該指令的功能，所有指令均是以十六進(jìn)制為標(biāo)準(zhǔn),。在電腦上通過軟件可以將圖片和圖片固定區(qū)域代表的指令下載到觸摸屏中,。其原理是當(dāng)觸碰觸摸屏的一個區(qū)域后，觸摸
屏?xí)敵鲱A(yù)先配置好的指令給單片機(jī),，其指令代碼規(guī)則為AA xx CC 33 C3 3C,。在這里AA為固定的開始指令，之后xx是代表觸碰區(qū)域預(yù)先設(shè)置好的指令代碼,，CC 33 C33C為固定的結(jié)尾指令,。輸出完這些十六進(jìn)制字符后，單片機(jī)通過判斷xx的值,，進(jìn)而去實(shí)現(xiàn)指定的功能,。不同的區(qū)域可以設(shè)置不同的指令代碼，這樣就可以實(shí)現(xiàn)同一個界面多個觸碰區(qū)域多個命令的功能,。
結(jié)語
本文設(shè)計(jì)了一種基于CC430F6135的智能家居控制系統(tǒng),。此系統(tǒng)主要是由主控制器和驅(qū)動模塊組成，系統(tǒng)采用的CC430F6135內(nèi)部集成的RF收發(fā)模塊和觸摸屏是本系統(tǒng)的亮點(diǎn),，不但節(jié)約成本而且方便用戶使用,。