智能家居無線報(bào)警電路設(shè)計(jì)詳解—電路圖天天讀（303）

隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)家居信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前智能家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。報(bào)警系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)智能家居系統(tǒng)的優(yōu)劣。把無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到家居報(bào)警系統(tǒng)中，通過各種傳感器實(shí)時(shí)采集家居的環(huán)境信息，通過無線的方式將信息傳輸給家居控制中心，能夠彌補(bǔ)有線設(shè)備的缺陷，具有價(jià)廉、可靠性高、等優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本報(bào)警網(wǎng)絡(luò)采用了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由中心節(jié)點(diǎn)和無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。中心節(jié)點(diǎn)是一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的無線通信模塊，可以和網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信。無線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是組成智能家居報(bào)警系統(tǒng)的基本單位，是構(gòu)成智能家居報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。它由微處理器（AT89C2051）、無線通信模塊 （nRF2401）、環(huán)境監(jiān)測傳感器（門磁開關(guān)、紅外線傳感器、火災(zāi)煙感傳感器、煤氣泄露傳感器、玻璃破碎報(bào)警器等）和一些外圍器件構(gòu)成，負(fù)責(zé)家居環(huán)境的監(jiān)測和報(bào)警信息的傳遞。

采用這種星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠很好地?cái)U(kuò)展組合，容易增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，滿足在家居中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布的不確定性，可在房間、隔離處放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)，避免無線干擾和報(bào)警區(qū)域不確定性的問題，由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，分析是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在一定程度上降低報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)，提高無線報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。在報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的主要功能是采集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以無線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，以此決定是否給予報(bào)警。

圖2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電路原理圖

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腳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。因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。

圖3 電源電路

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~2.5 GHz 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。布線時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：一是無線通信部分電路沒有用做布線的面積均需用銅填充并連接到地，以提供RF屏蔽達(dá)到有效抗干擾的目的 ;二是nRF2401 芯片底部應(yīng)接地 ;為了降低延遲、減少串?dāng)_，確保高頻信號(hào)的傳輸 ，要使用多個(gè)接地過孔將nRF2401芯片底部和地層相連; 三是盡可能地減少串?dāng)_，減少分布參數(shù)的影響，器件要緊密地分布在nRF2401的四周。

傳感器接口電路

圖4 傳感器接口電路圖

煙霧、煤氣泄漏、紅外等這些傳感器的報(bào)警信號(hào)通過光電耦合接入單片機(jī)的P2 口，如圖4 所示，在傳感器沒有報(bào)警信號(hào)時(shí)，光電耦合芯片處于截止?fàn)顟B(tài)，與之相接的單片機(jī)端口為低電平；當(dāng)傳感器有報(bào)警，傳感器輸出高電平，此時(shí)光電耦合芯片導(dǎo)通，與之相接的單片機(jī)端口為高電平，由單片機(jī)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集并做出相應(yīng)處理。

編輯點(diǎn)評(píng)：本文簡單介紹了智能家居無線報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能家居的特點(diǎn)，提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)，使其具有很好的移植性和擴(kuò)展性。
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