基于zigbee的智能家居

3.硬件结构设计 3.1 整体思路 本设计为烟雾传感器和温湿度传感器采集温度，用51单片机进 行数据分析，并将数据通过CC2530发射端进行无线传输到CC2530 接收端，并用另一个51单片机进行接收，并最终实现在相较远的距 离通过液晶显示屏显示温湿度以及甲烷数据。具体流程图一如下：
图一 3.2 发射端硬件设计 3.2.1 烟雾传感器 电路原理图如图二所示，当周围环境浓度升高时，模拟量输出高电 平，TTL开关信号有效信号为低电平。VCC接5V电压，GND接电源负 极，模拟信号输出以及开关信号输出分别与P30,P31相连。将探头检测 到的数据通过ADDA模块进行转换，最终将数字信号传送给51单片机。
2.功能规划 2.1 发射端功能概述 本设计发射端主要用于采集数据，其中温湿度采集传感器使用 DS18B20作为温度传输，测温范围为-55度~+125度，可以广泛测量 不同的家居温度，非常适用于一定空间内的测温。 检测甲烷浓度的传感器ຫໍສະໝຸດ BaiduMQ-2烟雾传感器模块，主要用于检 测可燃气体，烟雾等等，可以用于检测室内的有害气体。传感器 将数据传入单片机后，若可燃气体浓度超过阈值，可以直接打开风 扇，起到换气降低浓度的作用。 2.2 接收端功能概述 本设计采用51单片机作为接受信号主控芯片，接受发射端传入 的数据，并将温度信号和浓度信号显示在LCD显示屏上，同时也可 以显示此时风扇的工作状态。
图二 3.2.2 DS18B20温度传感器 原理图如图三所示，可以检测-55~125度的温度。将DS18B20 数据通过ADDA模块进行转换，最终将数字信号传送给51单片机
图三
• 29 •
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
3.2.3 ADDA转换模块 本设计采用ADDA模块主要负责转换DS18B20和烟雾传感器探 头采集数据的转换，具体介绍如下： 3.2.3.1 ADC0832 具有以下特点： · 8位分辨率； · 双通道A/D转换； · 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； · 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； · 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； · 一般功耗仅为15mW； · 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装； · 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为 −40°C to +85°C； 3.2.3.2 芯片接口说明： · CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 · CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 · CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 · GND 芯片参考0 电位（地）。 · DI 数据信号输入，选择通道控制。 · DO 数据信号输出，转换数据输出。 · CLK 芯片时钟输入。 · Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可 以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用， 使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据 有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定 性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加 方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 单片机对ADC0832 的控制原理： 正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与 单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根 数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯 片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开 始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲[2]， DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉 冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下 沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。 3.2.4 zigbeeCC2530 DL—20无线串口透传模块（zigbeeCC2530）模块是一款基于UART接 口的全双工无限透明传输模块，可以工作在2400Mhz~2450Mhz公用频段。 该模块采用CC2530芯片，符合IEEE 802.15.4协议，通过该模块可以 使传统的串口设备无线传输，替换掉复杂的布线工作。用于点对点通 信，广播通信，即插即用，免开发，使用简单。模块最高传输速率可 达3300Bps，工作信道符合802.15.4协议的16个信道划分，波特率可设 置多种波特率（本设计采用9600波特率），同时该模块支持串口不间 断发送，无限包长。 3.2.4.1 芯片功能介绍 CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强 型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM 和许多其他强大的功 能。
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
基于zigbee的智能家居
天津工业大学 韩 睿
1.设计需求分析 1.1 引言 近年来，由于应用邻域的需求，传统的有线传输已经无法满足 社会的需求。无线传输作为一种全新的传输方式受到了社会大众的 欢迎和认可。随着科技的进步和发展，智能家居等全新的无线传输 技术受到社会大众的欢迎和吹捧，它极大程度的改变了人类生活， 让日常的生活变的智能化，方便化。智能家居的出现不仅一定程度 上减少了火灾，煤气中毒等恶性事件的发生，除此之外，家居智能 化也为住户提供了最大程度的便捷。 1.2 设计需求 在普通家居环境中，煤气中毒和火灾等事件常常发生，因此越 来越多的人希望可以随时检测厨房的甲烷浓度，以及随时监测整个 屋子的温湿度，以便于调节室内的温度。但是传统的有线温湿度检 测无法满足用户的需求，然而随着分布式节点的不断增加，布线复 杂程度和成本也急剧增加，给系统的设计，维护和升级带来了诸多 困难。而且有线传输往往会增加很多安全隐患。 1.3 设计思路 本设计即在51单片机温湿度检测的前提下，加入了zigbeeCC2530 的无线传输技术。本设计可以对环境的温湿度以及空气中甲烷浓度进 行检测，从而在相隔较远距离进行数据的显示。 主要思路如下：一个51单片机连接温湿度传感器和甲烷烟雾 传感器，将传输的数据通过CC2530传输（发射端），而另一个 CC2530接受传过来的数据，并通过第二个单片机进行数据转换， 并最终展示在液晶显示屏上。 本设计不仅取代了有线传输线路复杂的问题，而且线路简单，传 输稳定。而且对环境具有较好的适应性。适用于智能家居的研究。