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智能家电无线报警系统网络节点与电源电路设计

作者:dolphin时间:2017-04-05

  设计了一种基于无线网络技术的家电无线报警系统。该无线报警系统可以对整个家居的安全环境进行实时监控。监控的范围包括室内防盗、火灾报警、煤气泄露、水管破裂等一系列不安全因素。一旦有上述安全事故的发生,该报警系统就会发出相应的报警信息,可以使户主在得到报警信息后,立即采取有效的应急措施,对事故进行紧急处理。

  无线报警网络节点硬件设计

  无线报警网络节点主要由微处理器AT89C2051($0.5999)、nRF2401无线通信芯片、外围设备和开关量输入接口的传感器构成。微处理器AT89C2051($0.5999)是整个网络节点硬件系统的核心控制部件,负责接收传感器触发的开关量报警信号,发送nRF2401通信命令,控制信息的传输。单片射频收发芯片nRF2401是实现无线数据传输的关键器件。nRF2401工作于2.4~2.5GHzISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序配置,芯片功耗非常低,以-5dBm的功率发射时,工作电流只有10.5mA,接收时工作电流只有18mA,多种低功率工作模式,节能设计更方便。网络节点采用nRF2401进行数据传输,来实现报警信息的无线传输。网络节点通过连接的传感器感知外部环境异常变化。网络节点的电路原理图如网2所示。

  

  在网络节点中电源是能源中心,在节点中起着非常重要的作用,特别是在无线通信系统中,电源不光是能源供应者,它也直接影响通信的质量。器件对加到输入引脚或输出引删的电压通常是有限制的。这些引脚由二极管或分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高,电流将会通过二极管或分离元件流向电源。而现行的电压输出模块中多为5V电压,因而需要设计出一个输出稳定的5V转3V的电压调节模块。在该系统中,选用专为通信控制芯片提供转换电压的LM1117($0.4913),它具有功耗低,体积小的优点。又因为电压中含有许多高频干扰源,这些高频成分很容易经过电源进入通信系统中。另外系统自身的发送频率也会经过电源感应反馈到通信系统造成干扰。凶而可在电源电路中加入220μH的电感,与并入多个不同容值的电容所构成的滤波电路来抑制各种高频信号。使节点能够得到稳定可靠且低干扰的电源,保证节点的可靠运行。该电源电路如图3所示。

  

  在网络节点设计过程中遇到的主要问题及解决方法有:nRF2401射频电路工作在2.4GHz~2.5GHz高频率工作频段,抗干扰设计直接关系到射频性能和整个网络节点的运转情况。在无线通信部分布线时,合理的布局与布线及采用多层板既是布线所必须的也是降低电磁干扰提高抗干扰能力的有效手段。

  根据无线网络技术特点,提出了基于无线网络技术的智能家电报警系统的构成方案,系统的没计采肿了模块化设计,使其具有很好的移植性和扩展性。并在实验室搭建了一个小型报警系统进行实验,初步实验结果表明:采用基于无线网络技术的报警系统具有较高的通信效率和较好的稳定可靠性。



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