Sistema de hogar inteligente basado en MSP430
Sistema de hogar inteligente basado en MSP430
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Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información digital y la tecnología de red, y la mejora continua del nivel de vida material de las personas, el trabajo, la vida, la comunicación y la información de las personas se están acercando cada vez más. Se puede decir que la sociedad de la información está cambiando gradualmente los estilos de vida y los hábitos de trabajo de las personas. Al mismo tiempo, también desafía las residencias tradicionales y surgieron hogares inteligentes.
Sobre la base de mantener la función de vida tradicional, el hogar inteligente se ha deshecho del modo pasivo y se ha convertido en una herramienta moderna con inteligencia activa. No solo proporciona una amplia gama de funciones de intercambio de información, sino que también optimiza el estilo de vida y el entorno de vida de las personas, ayuda a las personas a organizar el tiempo de manera efectiva, ahorra energía, realiza el control de los electrodomésticos (como aires acondicionados, calentadores de agua, etc.), control de iluminación, interiores Control remoto externo, control automático de cortina, control de tiempo, etc.
1 configuración del sistema
Este artículo toma el microprocesador MSP430 como núcleo, aplica la plataforma de red inalámbrica al hogar inteligente y realiza el control inalámbrico y el control inteligente del hogar inteligente. El hogar inteligente basado en la plataforma de red inalámbrica integra orgánicamente varios subsistemas relacionados con la vida del hogar, como seguridad, control de iluminación, control de calentadores de agua solares, control de cortinas, detección y control de gases, detección de temperatura y humedad en interiores, etc. La gerencia puede darse cuenta de la nueva experiencia de vida hogareña "orientada a las personas".
Este sistema utiliza el microordenador de un solo chip de la serie MSP430 como unidad central de control y utiliza el módulo inalámbrico CC1100 para construir una plataforma de red inalámbrica. Se compone de dos partes: la primera parte del diseño del circuito periférico del chip de control principal incluye principalmente el módulo de alimentación, la pantalla LCD, el funcionamiento del teclado, etc. La segunda parte del diseño del módulo periférico del nodo inalámbrico incluye principalmente la medición de la temperatura y el volumen de agua del calentador solar de agua. Dispositivo automático de suministro de agua, detección de la calidad del aire interior, detección de temperatura y humedad en cada habitación, dispositivo de alarma, etc.
1.1 Módulo de gestión de energía
Los requisitos de alimentación del módulo son de 5 V y 3,3 V, de los cuales el módulo inalámbrico requiere una fuente de alimentación de 3,3 V. Utilizamos el principio de bajo consumo de energía, el regulador de voltaje de 5 V y el regulador de voltaje de 3,3 V, ambos usan un regulador de conmutación de baja caída. Con LM1117 y LM1085, el chip produce menos calor y tiene una función estable; la pantalla LCD utiliza 12864, que puede mostrar claramente caracteres, números, letras y símbolos chinos. La LCD 12864 tiene una biblioteca de caracteres chinos simplificada con código GB integrado, que es clara y fácil de usar.
1.2 Diseño del sistema de seguridad
El sistema de seguridad inteligente puede controlar la intrusión accidental de personas o animales, la calidad del aire interior, etc. El sensor infrarrojo piroeléctrico (módulo sensor infrarrojo del cuerpo humano) se utiliza para controlar los rayos infrarrojos emitidos por humanos o animales. El módulo utiliza un chip especial infrarrojo BISS0001 para diseñar el módulo sensor del cuerpo humano. Su mayor ventaja es un rendimiento estable y confiable. El tamaño de la placa de circuito del módulo es de 33 × 28 mm, el diámetro de la lente es de aproximadamente 25 mm, el grosor del módulo es de 20 mm, el volumen es más pequeño y es más fácil incrustar otros dispositivos. El módulo utiliza el dispositivo estabilizador de voltaje de bajo consumo 7133A-1, que puede garantizar el suministro estable de voltaje de trabajo de 3.3V bajo un voltaje de entrada amplio para garantizar el funcionamiento normal del módulo.
El sensor de aire semiconductor detecta el olor de contaminantes de baja concentración en el aire estrecho, como los contaminantes de cigarrillos de baja concentración y otros olores en el aire, y tiene una alta sensibilidad al H2 y CO. Selección de TGS2600, circuito de medición de sensores desarrollado y producido por la compañía japonesa FIGARO. Este sensor requiere dos entradas de voltaje: voltaje del calentador VH y voltaje del circuito VC. El voltaje del calentador VH se aplica al calentador integrado para mantener el sensor a una temperatura de inducción óptima específica. El voltaje del circuito VC se carga para medir el voltaje de resistencia de carga Vout en serie con el sensor de gas. Este sensor tiene polaridad, por lo que el voltaje del circuito VC debe ser CC. Se puede usar una fuente de alimentación común para suministrar VH y VC para satisfacer las necesidades eléctricas del sensor. Selección razonable de resistencia de carga RL optimiza el voltaje del umbral de alarma y hace que el consumo de energía del sensor de semiconductores sea inferior a 15 mW. Cuando existe el cuerpo objetivo, el consumo de energía del sensor es máximo cuando RS y RL son iguales.
1.3 Diseño del sistema de monitoreo de temperatura y humedad ambiental.
El sensor de humedad HS1101 es un elemento capacitivo diseñado en base a un proceso único. Se caracteriza por su total intercambiabilidad y no requiere corrección en el entorno estándar; deshumidificación rápida bajo saturación a largo plazo; alta confiabilidad y estabilidad a largo plazo; puede usarse para lineal Voltaje o frecuencia de salida en bucle, tiempo de respuesta rápido.
1.4 Estructura de nodo inalámbrico
Este sistema utiliza el módulo inalámbrico CC1100. El protocolo de paquete de datos de CC1100 se ha solidificado en el chip. Es muy conveniente de usar. Su formato de paquete de datos se puede configurar mediante software. El formato de paquete de datos se puede eliminar de acuerdo con su situación real. La configuración del vocabulario de sincronización puede detectar la interferencia entre las plataformas de la red inalámbrica, y la dirección se puede configurar para resolver el problema de interferencia de la señal entre los nodos internos de la plataforma de la red inalámbrica. Y también puede configurar el filtrado de direcciones y el filtrado de longitud máxima para lograr la interferencia de señales externas en el sistema, la verificación CRC también puede mejorar la precisión de la información.
Se adopta una estructura de red inalámbrica en forma de estrella, que se compone de un terminal de control y varios terminales de sensor. Cada terminal de sensor se instala con un procesador y un chip inalámbrico, y el terminal de control principal llama a otros terminales de sensor y terminales de ejecución a través de la transmisión. El terminal del sensor y el terminal de ejecución solo reciben datos cuando reciben un paquete de datos que coincide con su propia dirección. Puede resolver eficazmente el problema de los conflictos de red.
2 Diseño de software del sistema
Transfiera de forma inalámbrica los datos recopilados a la estación de control principal para la transmisión y el control de datos.El teclado de la placa de control principal puede controlar y operar cada nodo. Como el calentador de agua solar inteligente, a través del control del teclado, la pantalla LCD puede mostrar la temperatura del agua y el volumen del agua, y puede juzgar si se debe suministrar agua a tiempo. El módulo de alarma piroeléctrica adopta un dispositivo de estabilización de voltaje de bajo consumo 7133A-1, que puede garantizar un voltaje de trabajo estable de 3.3V bajo un voltaje de entrada amplio y garantizar que el módulo funcione normalmente. Algunas personas emiten alrededor de 3V de alto nivel, nadie emite 0V de bajo nivel.
Formulación y conexión en red del protocolo de transmisión inalámbrica:
Hay siete tipos de instrucciones en el acuerdo: instrucción de consulta, instrucción de respuesta ACK, instrucción de operación, instrucción de retorno de operación, instrucción de suspensión, instrucción de emergencia e instrucción de solicitud de dirección.
El host utiliza el comando de consulta para consultar el estado de funcionamiento de cada nodo para determinar el estado de la conexión de red. Después de recibir este comando, el esclavo devuelve una respuesta ACK con su propia dirección.
El comando de respuesta se usa para el comando de respuesta después de que el esclavo recibe el comando de consulta de host válido.
El maestro usa la instrucción de operación para determinar qué operación realiza el esclavo después de determinar que el esclavo está funcionando normalmente.
La instrucción de retorno de la operación se utiliza para devolver los datos de operación o el estado del esclavo.
El host utiliza el comando de suspensión para enviar una instrucción para hacer que el módulo se suspenda. Este comando no regresa. Después de recibir esta instrucción, el esclavo ingresa al estado de suspensión y espera la siguiente consulta válida.
Solicite un comando de dirección. Este comando debe ser enviado por el esclavo en el canal de emergencia (canal 2) y se utiliza para solicitar una dirección disponible del host cuando se une un nuevo nodo. Después de recibir este comando, el host devuelve una dirección desocupada.
Después de que el nodo maestro se enciende y se inicializa en el protocolo, comienza a sondear el estado de trabajo de cada nodo secundario a su vez. Después de recibir la señal de consulta, el nodo secundario devuelve una señal ACK relacionada con su propia dirección si funciona correctamente. El maestro recibe el ACK esclavo Después de la señal, se envía el comando de operación y luego espera el retorno de los datos. Cuando se completa una serie de operaciones en este nodo, el host envía un comando de suspensión para permitir que el nodo ingrese al modo de suspensión, reduciendo el consumo de energía del sistema.
Después de que se enciende la alimentación, el esclavo entra en el estado de suspensión, espera a que el host se despierte, devuelve la señal ACK después de recibir el comando de consulta del host y luego espera a que el host envíe el comando de operación. Si regresa, solo se devuelve el indicador de operación exitosa.
3 Conclusión
Este diseño implementa un sistema doméstico inteligente pequeño, de baja potencia, bajo costo, simple y flexible, que utiliza CC1100 como un nodo de transmisión inalámbrica para construir una estructura de red en estrella para completar la comunicación de los equipos domésticos.