基于无线通信的家居集中控制系统的设计

摘要

家居集中控制系统通过使用嵌入式技术、家电控制协议和通讯协议，将居室内的家电联系起来，从而实现实时而又智能的集中控制，为人们提供了一个更舒适、更安全、更方便的生活环境。 论文以实际的科研项目为背景，分析了家居控制系统的起源、发展和研究现状，在对相关技术进行分析论证的基础上，规划和设计整个系统结构。针对目前移动通信工具比较普及，家居内部以传统电器为主的特点，提出通过RS-485总线连接，移动通信手段和红外通信技术相结合的方式，实现了家居集中控制系统中家居内部的互联和控制的功能。论文给出了基于无线通信的家居控制系统的总体设计方案和部分实现细节，主要工作包括： 1．根据无线通讯理论中数据传输的特点和本家居集中控制系统的需要，参与制定了系统通讯的协议。 2．对基于nRF2401芯片的无线通讯方式进行了深入的学习，设计了无线收发的电路及外围电路。使用C语言编写了无线接收和发送的程序，并按照制定的家居控制协议，实现了家居控制系统的通信。 3．设计了液晶显示的硬件电路。液晶采用TN正显的方式方便的显示了用户控制的电器类型和电器编号。 4．设计了矩阵键盘的硬件电路。为了达到节能的目的，矩阵键盘采用了中断控制的方式。 5．分析了家电红外脉冲信号的特点，设计了红外学习和红外接收的硬件电路，软件实现了红外遥控信号的正确接收，并采用自学习的方法，实现了对传统红外控制家电的远程控制。 6．完成了基于LPC932单片机的矩阵键盘控制模块、液晶显示模块、红外遥控信号接收和自学习模块、家居安防模块的相关软件编写，与家居控制器构成完整的家居控制系统，并通过试验对系统的测试。 对设计电路进行了调试和实测。测试结果表明系统工作正常，满足各项性能指标，达到了设计要求，验证了电路设计的合理性。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1现代化家居的背景和发展趋势

1.2家居控制系统的现状和存在的问题

1.3短程无线通讯技术在家居控制中的运用

1.3.1短程移动通信技术简介

1.3.2 2.4GHz高频在家居控制系统中使用的优点

1.4本文的主要工作和组织结构

1.4.1主要工作

1.4.2组织结构

第2章系统分析与方案设计

2.1系统分析

2.1.1功能需求分析

2.1.2设计思想

2.2系统总体方案设计

2.3设计流程

2.4本章小结

第3章通讯接口设计

3.1串行通讯接口方式

3.1.1 RS-232C接口方式

3.1.2 RS-422A，RS485接口方式

3.2系统通讯协议设计

3.2.1通信方式

3.2.2信息类型

3.2.3协议的基本格式

3.3协议的数据格式

3.3.1基本数据格式

3.3.2 ADR1数据格式

3.3.3 ADR2数据格式

3.3.4 CHKSUM数据格式

3.4 SPI接口的软件设计

第4章系统的硬件平台设计

4.1微控制器选择

4.1.1芯片概述

4.1.2芯片主要特性

4.1.3功能框图

4.2无线通讯模块的理论与设计

4.2.1概述

4.2.2 nRF2401状态字

4.2.3 nRF2401数据帧格式

4.2.4 nRF2401工作原理

4.2.5 nRF2401与MCU的接口连接

4.3红外学习与红外接收模块设计

4.3.1红外遥控知识概述

4.3.2红外通讯接收模块设计

4.3.3红外遥控信号自学习原理和方法

4.3.4红外遥控信号自学习及还原的硬件实现

4.4矩阵键盘设计

4.4.1键盘概述

4.4.2键盘的抖动特性

4.4.3矩阵键盘的硬件电路设计

4.5液晶显示模块设计

4.5.1 TN型液晶的显示原理

4.5.2液晶显示的模型结构

4.5.3液晶引脚的接口设计

4.5.4时序图

4.5.5液晶显示的硬件电路设计

第5章系统的软件设计

5.1开发环境介绍

5.2开发方法介绍

5.3软件模块

5.3.1软件主体流程

5.3.2无线接收发送模块

5.3.3矩阵键盘扫描模块

5.3.4 红外自学习和红外接收模块

5.3.5液晶显示模块

5.4系统测试

5.4.1程序调试方法

5.4.2实验结果测试

第6章结论与展望

参考文献

致谢

附录

硕士期间发表论文情况