基于无线传送的智能家居室内通信系统

目前，智能家电远程访问系统主要是通过PSTN实现各种报警功能及远程控制的，而对于家庭网络内部的各种控制和访问，主要通过双芯电缆直接对各种智能家电实现控制和访问。这种方式安装布线比较麻烦，特别是装修好的家庭就必须重新安装布线。为了克服安装布线的麻烦，选用无线传送方式实现家庭网络内部的各种控制和访问。

1 系统结构

本系统首先通过电话线利用DTMF收发电路芯片MT8880实现远程访问，再利用主单片机AT89C51的串口把各种访问、控制信息，传送给无线数传MODEM芯片PTR2000，通过PTR2000实现数据的无线传送；而作为智能家电的接收端，首先通过外接PTR2000接收到主机发送的控制和访问信息，然后传送给从单片机AT89C51以实现各种功能的控制。系统原理电路，如图1所示。

2 电话远程访问的实现方法

本系统远程访问利用DTMF收发芯片MT8880实现电话远程访问，MT8880是CMOS大规模集成电路，功耗低，并且将发送和接收电路集中在一块芯片内，容易与微机接口，使用方便。由于发送部分采用开关电容式D／A变换器，因此DTMF信号失真小，频率精度高，片内计数器对双音频模式的占空时间进行精确定时。并且能检测电话信号音。

主单片机AT89C51的P1．0～P1．3分别接入MT8880的D0～D3；单片机AT89C51的P1．4～P1. 7分别接入MT8880的RSO、CS、R／W、02，单片机AT89C51的P3．2接MT8880的IRQ／CP，具体电路，如图2所示。

3 无线传送的实现方法

本系统采用超小型、超低功率、高速率无线数传MODEM芯片PTR2000，实现数据的无线传送。PTR2000工作频率为国际通用的数传频段433 MHz，采用FSK调制，DDS+PLL频率合成技术，具有两个频道，工作速率最高可达20 kB／s，可直接与单片机串口相连，低工作电压(2．7 V)，低功耗，同时采用低发射功率(+10 dBm)、高接收灵敏度(-105 dBm)设计，使用无需申请许可证。

PTR2000简单可靠，只有7个外接引脚，其各引脚控制功能如下：
Pin1：Vcc正电源，2．7～5．25 V；
Pin2：CS频道选择，CS=0选择工作频道1(433．92 MHz)，CS=1选择工作频道2(434．33 MHz)；
Pin3：DO数据输出；
Pin4：DI数据输入；
Pin5：GND电源地；
Pin6：PWR节能控制，PWR=1为正常工作状态，PWR=0为待机微功耗状态；
Pin7：TEXN工作模式选择，TEXN=1时模块为发射状态，TEXN=0时模块为接收状态。

主单片机AT89C51与其外接PTR2000的接口电路，如图2所示。PTR2000的CS直接接地，利用工作频道1，即433．92 MHz。PTR2000的Pin6与单片机的P2.0相连，PTR2000的Pin7与单片机的P2.1相连。主单片机AT89C51的TXD、RXD分别接PTR2000的DI、DO端。从单片机与其外接PTR2000的接口电路与此相同。

主单片机AT89C51根据控制要求发送数据到PTR2000，再由PTR2000将数据经过FSK调制后发送出去，而从机AT89C51的外接PTR2000接收到FSK调制信号后，首先解调输出控制信息给从机AT89C51，再由从机AT89C51控制智能家电的工作。

由于单片机AT89C51具有多机通信功能，因此利用单片机AT89C51的串口实现多机通信。当一个AT89C51单片机的SM2位为1时，该单片机只接收地址帧，对数据帧不予理睬，而当SM2位为0则接收发来的所有信息。若主机欲与某目标从机通信，则主机置其外接PTR2000的Pin7=1，发送一帧该目标从机的地址信息给所有从机，然后主机置其外接PTR2000的Pin7=0，以便接收从机发送的应答信息。各从机接收到地址帧后响应串口中断，把自身地址与目标从机地址相比较。若两者相同，则该从机为目标从机，置该从机外接PTR2000的Pin7=1给主机发送应答信息，然后置该从机的SM2=0、外接PTR2000的Pin7=0以便接收后续控制信息和数据。若两者不同，则该从机不是目标从机，仍维持该从机的SM2=1，外接PTR2000的Pin7=0，对主机发送的控制信息和数据不予理睬。主机接收到从机发送的应答信息后，则开始发送控制信息和数据。

4 软件设计

主机通信子程序流程图，如图3所示。

从机通信子程序流程图，如图4所示。

5 系统测试

由于PTR2000属于无线高频通信，一定要充分考虑系统的抗干扰问题，同时无线通信环境的不确定性，各种环境下的传输效果是不尽相同的，路径损耗、人体影响、建筑物影响、外界干扰、多径现象和周围环境的吸收等都会对传输的距离产生一定的影响。

因此在设计PCB图时，用地线把时钟电路部分包围起来，让其周围电场趋近于零；同时每个集成电路均增加一个去耦电容，提高系统的抗干扰能力。在测试的过程中，发现数据传输正常，只是由于室内墙体的阻隔，加之各种家居的成在，使信号有所衰减，通信距离小于室外空旷地带，但能很好满足室内通信要求。

通过对系统数据传输能力的测试，该系统发送和接收数据正确、可靠，各元件工作正常。实验证明该系统可以长时间稳定可靠地工作。

6 结束语

设计的基于无线传送的室内通信系统功耗低、成本少，除了可以应用到智能家电远程控制系统中，还可以应用于防盗报警系统以及其他一些短距离无线通信领域。

作者：陈昌涛 魏民 李宏，四川化工职业技术学院