智能家電無線報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與電源電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的家電無線報(bào)警系統(tǒng)。該無線報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)家居的安全環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控的范圍包括室內(nèi)防盜、火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄露、水管破裂等一系列不安全因素。一旦有上述安全事故的發(fā)生，該報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，可以使戶主在得到報(bào)警信息后，立即采取有效的應(yīng)急措施，對(duì)事故進(jìn)行緊急處理。

　　無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要由微處理器AT89C2051、nRF2401無線通信芯片、外圍設(shè)備和開關(guān)量輸入接口的傳感器構(gòu)成。微處理器AT89C2051是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)的核心控制部件，負(fù)責(zé)接收傳感器觸發(fā)的開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，發(fā)送nRF2401通信命令，控制信息的傳輸。單片射頻收發(fā)芯片nRF2401是實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵器件。nRF2401工作于2.4～2.5GHzISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序配置，芯片功耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用nRF2401進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，來實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的無線傳輸。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過連接的傳感器感知外部環(huán)境異常變化。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電路原理圖如網(wǎng)2所示。

　　在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中電源是能源中心，在節(jié)點(diǎn)中起著非常重要的作用，特別是在無線通信系統(tǒng)中，電源不光是能源供應(yīng)者，它也直接影響通信的質(zhì)量。器件對(duì)加到輸入引腳或輸出引刪的電壓通常是有限制的。這些引腳由二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高，電流將會(huì)通過二極管或分離元件流向電源。而現(xiàn)行的電壓輸出模塊中多為5V電壓，因而需要設(shè)計(jì)出一個(gè)輸出穩(wěn)定的5V轉(zhuǎn)3V的電壓調(diào)節(jié)模塊。在該系統(tǒng)中，選用專為通信控制芯片提供轉(zhuǎn)換電壓的LM1117，它具有功耗低，體積小的優(yōu)點(diǎn)。又因?yàn)殡妷褐泻性S多高頻干擾源，這些高頻成分很容易經(jīng)過電源進(jìn)入通信系統(tǒng)中。另外系統(tǒng)自身的發(fā)送頻率也會(huì)經(jīng)過電源感應(yīng)反饋到通信系統(tǒng)造成干擾。兇而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個(gè)不同容值的電容所構(gòu)成的濾波電路來抑制各種高頻信號(hào)。使節(jié)點(diǎn)能夠得到穩(wěn)定可靠且低干擾的電源，保證節(jié)點(diǎn)的可靠運(yùn)行。該電源電路如圖3所示。

　　在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中遇到的主要問題及解決方法有：nRF2401射頻電路工作在2.4GHz～2.5GHz高頻率工作頻段，抗干擾設(shè)計(jì)直接關(guān)系到射頻性能和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。在無線通信部分布線時(shí)，合理的布局與布線及采用多層板既是布線所必須的也是降低電磁干擾提高抗干擾能力的有效手段。

　　根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)，提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家電報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成方案，系統(tǒng)的沒計(jì)采腫了模塊化設(shè)計(jì)，使其具有很好的移植性和擴(kuò)展性。并在實(shí)驗(yàn)室搭建了一個(gè)小型報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的報(bào)警系統(tǒng)具有較高的通信效率和較好的穩(wěn)定可靠性。