无线智能空调系统外围电路的设计

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1、无线智能空调系统外围电路的设计[导读]摘要：基于Zigbee通信协议，设计了一种智能空调控制系统的外围电路。系统以CC2530模块为核心配置，采用DS18B20温度传感器、Nokia5110液晶及计算机监控系统等部件，通过上位机、单片机与传感器三者相连，采集、存储并摘要：基于Zigbee通信协议，设计了一种智能空调控制系统的外围电路。系统以CC2530模块为核心配置，采用DS18B20温度传感器、Nokia5110液晶及计算机监控系统等部件，通过上位机、单片机与传感器三者相连，采集、存储并控制系统的测量数据，进而实现对空调系统的远程控制。深入研究了PCB内部天线增强系统抗干扰能力的设计。

2、设计的无线智能空调系统，可以有效的远程实时监测、控制室内温度。当今社会，人们对生活品质要求越来越高，而传统的家电已经不能满足人们的需求，因此智能家理念电悄然兴起。智能家电是指将微电脑和通信技术融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端功能，可以随时随地地获取与处理信息的消费电子产品，其重要的特征是通过Internet传递数字信息。基于此，设计了一种基于ZigBee通信协议的智能空调控制系统的外围电路。结合原空调控制系统，可以远程实时监测、控制空调的运行。1ZigBee技术的优势二十一世纪以来，比较流行的无线局域网通信分别有WIFI、Bluetooth、ZigBee，但是蓝牙的传输距

3、离短，WIFI的成本大、功耗高，而ZigBee低成本、低功耗、低复杂度的优势适合应用在短距离、传输信息少的无线控制系统中，更符合无线智能家电物美价廉、节能减排的绿色理念。因此，基于ZigBee通信协议的智能家电控制系统将是未来的发展方向。2ZigBee协议栈结构ZigBee协议栈结构是由一组被称为层的模块组成。下面的一层为上面的一层执行特定的服务，即数据实体提供了数据传输服务，管理实体提供了所有其它的服务。上层由服务实体通过服务接入点提供一个接口。物理层和媒体介质访问层由IEEE802.15.4协议标准制定，网络层和应用层由ZigBee联盟制定。物理层为上层提供原始比特流的数据连接，MA

4、C层控制数据包的物理寻址，网络层是确定网络传输路径，应用层为应用程序服务。每层机构通过数据服务接口和管理服务接口进行相邻层之间的通信。3PCB内部天线的设计使用PCB内部天线时，为了增强系统的抗干扰能力，需要设计精准的天线长度。由CC2530芯片可以知道，系统的频率f为2.4GHz，光的传播速度C0为3×108m/s，可计算真空中的波长，如公式(1)所示：λ=C0/f(1)当电磁波在其他介质中进行传播时，可根据介质与真空的介电常数计算在介质中的传播速度，如公式(2)所示：  由于在制作PCB板子时，介电常数还会受到PCB板子厚度h以及线宽w的影响，因此有效介电常数εoff如公式(3)所示

5、：  设计的PCB板子的材料是FR4，该板子的介电常数为4.2，板子的厚度为1.6mm，天线宽度为1mm，计算出有效值为2.965，电磁波在板子中的波长为72.594mm，因此PCB内部天线的长度设计为36.33mm。4整体电路的系统设计一个完整的ZigBee智能空调系统需要一个协调器，一个或多个路由器及许多个终端节点组成，这样才能完成网络的搭建，路径的分配和数据采集及传输任务。基于ZigBee协议设计的外围电路，系统框图如图1所示，无线智能空调系统外围电路的结构是星状网络结构，由一个全功能协调器(采集模块)，一个LCD液晶及温度传感器的测温节点作为终端节点(传感模块)组成。  采集模块

6、通过串口与PC机相连，传感器模块被布置在家中的空调上，通过温度传感器DS18B20实时监测室内温度，然后温度数据以无线的方式发送给采集模块，通过串口通信传递到上位机，家庭成员通过Internet远程查看温度;也可以远程设定空调温度，即通过上位机进行温度数据的设定，进而反向传输到传感模块的LCD液晶上显示。5系统的硬件设计硬件电路主要由传感模块、采集模块和电源模块组成。5.1通信模块的选择设计过程中为了增加中心节点的数据存储和处理的能力，选用了带有256KFlash和标准8051增强型处理器的CC2530作为核心模块。CC2530模块是一款完全兼容8051内核，同时支持IEEE802.15

7、.4协议的2.4GHz无线射频单片机，该款模块能满足Z—Stack运行内存容量的要求;支持2.0～3.6V供电电压，具有3种电源管理模式：唤醒模式、睡眠模式、终端模式;传输距离大于75m，最高传输速率250kbps，非常适合应用在智能空调上。基于CC2530模块最小系统原理图如图2所示。  5.2采集模块的硬件设计采集模块主要负责建立、管理和维护网络。采集模块是由CC2530模块、电压转换电路、电源电路、串口、复位键、指示灯以及天线