智能家居智能控制设备调试的协议转换器的设计

用于智能家居智能控制设备调试的协议转换器的设计摘要：随着智能家居行业的蓬勃发展，智能触摸开关已成为目前家居产品非常流行的配套装饰性开关。

它是一种应用触摸感应芯片原理设计的墙壁开关，是传统机械按键式墙壁开关的换代产品，具有能实现更智能化、操作更方便等传统开关不可比拟的优势。

为方便智能开关的功能调试与性能测试，需要将智能触摸开关等智能控制设备纳入统一的测试平台进行测试。

本文主要介绍了一个基于STC11F04E单片机的协议转换器设计方案,实现485格式数据与无线数据的相互转换，并对各种无线控制设备进行调试。

用该方案设计的协议转换器，已经在实际中应用并达到了预期目的并投入生产。

关键词：智能家居智能触摸开关单片机协议转换器1引言1.1智能家居的概念智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。

与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building），在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。

“智能家居’’作为最近几年内新起的～个时尚的科技词汇，现在经常可以在网络、电视、报刊杂志等新闻媒体报道中看到。

“智能家居"就是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置等连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制的一套系统。

普通家居相比，智能家居使家具由原来被动静止的结构转变为具有能动智能的工具，除了提供全方位的信息交换功能，还能帮助家庭与外部保持信息交流畅通。

智能家居强调人的主观能动性，重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制室内居住环境。

可以想象这样的生活：用一个遥控器(或是发出语音指令)，就能对家中的家电、照明、窗帘、浴缸、报警求助装置进行智能控制：按一下手机或者计算机的键盘，空调会为你调制最佳温度，洗衣机会洗涤你留下的衣物，冰箱会通过网络到超市要求进货；外出时，家中家电监控系统就可以在确认家中无人后，自动关闭您忘了关闭的各种应该关闭的电器、电灯⋯⋯1.2 智能家居的起源和发展现状智能家居概念的起源甚旱，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年才出现了首栋的“智能型建筑”，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

当时这座建筑采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明设备等进行了监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务，即所谓的住宅电子化。

80年代中末期，形成了家用电器、通信设备和安全防范设备相结合的住宅的自动化。

九十年代初，随着通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控和管理的商用系统，也就是现在智能家居的原型。

目前，美国有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公顷，由约8000栋小别墅组成。

而欧洲、日本、新加坡和韩国等地，智能家居的建设也日渐兴起。

近几年来，智能家居产业的市场每年都以20％的速度增长。

到2010年，全球50％以上的新建房将具有一定的智能家居功能。

中国的智能家居发展始于上世纪末，虽然是刚刚起步，但经过近几年的发展，无论专业厂商还是代理商、工程商的数量都在大大增加。

智能家居产品正成为一种家居潮流产品不断涌入市场，虽然形态各异，但其内容都离不开智能电器控制和安防管理。

现在中国的房地产业发展迅速，因此中国的智能家居市场潜力巨大，作为其下游产业，智能家居市场前景非常看好。

目前，涉及智能家居产品生产与销售的企业在全国已超过一千家，大部分集中在上海、北京、深圳等地，如上海复瑞华、深圳康帕斯、松本智能等。

2002年以来，来自IT、家电业以及电工行业的多家知名企业都开始迸军这一领域，海尔、清华同方、奇胜、TCL等都有了自己的智能家居产品。

1.3 智能触摸开关简介国内现有的智能家居系统中，主要包括门禁系统、对讲系统、安防系统、照明系统、家电控制系统等。

而照明系统，窗帘控制，空调、电视等家电控制的实现是依靠一套新一代的智能开关来实现的。

触摸开关，是科技发展进步的一种新兴产品。

他一般是指应用触摸感应芯片原理设计的一种墙壁开关，是传统机械按键式墙壁开关的换代产品。

能实现更智能化、操作更方便的触摸开关有传统开关不可比拟的优势，是目前家居产品的非常流行的一种装饰性开关。

触摸墙壁开关是电子取代机械的又一成功应用。

触摸开关没有金属触点，不放电不打火，大量的节约铜合金材料，同时对于机械结构的要求大大减少。

它直接取代传统开关，操作舒适、手感极佳、控制精准且没有机械磨损。

同时，触摸开关更有人性化的关怀，可以自己选择开关上的文字提示，个性化的文字标签呈现出液晶显示的效果，单片机最小系统板及各引脚分配如下图所示：控制芯片采用STC11F04。

STC11系列单片机是宏晶科技设计生产的单时钟周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成高可靠复位电路,针对高速通信，智能控制，强干扰场合。

STC11系列单片机的定时器0/定时器1/串行口与传统8051兼容,增加了独立波特率发生器,省去了定时器2.传统8051的111条指令执行速度全面提速,最快的指令快24倍,最慢的指令快3倍。

2.2.2 与电脑的连接为了增加系统的扩展能力和传输距离，协议转换器通过485总线接口与电脑连接。

RS485采用差分信号负逻辑，＋2V ～＋6V 表示“1”，- 6V ～- 2V 表示“0”。

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。

图2.2是485总线接口示意图。

图2.2 485总线接口示意图2.2.3 与智能开关等设备通讯由于智能开关与遥控器等智能家居控制设备都具有无线通讯功能，因而要求协议转换器能实现将485数据转成FSK 无线数据，以及把FSK 无线数据转成485数据。

协议转换器与开关等控制设备的通讯，采用的是A7102无线模块，它是工作于433MHZ ISM 频段的FSK 射频双向CMOS 工艺的单片射频集成电路。

A7102模块具有以下特点：(1)433MHZ 开放 ISM 频段免许可使用；(2)最高工作频率150Kb/s,高效FSK 调制，抗干扰能力强，特别适用于工业控制场合；(3)可软件设置频率、地址，适合跳频多点通讯应用场合； (4)2.2-3.6V 工作，休眠状态仅为2uA ，可满足低功耗的要求； (5)收发模式切换时间小于650us;(6)具有SPI 编程接口，收发数据长度最高可达64字节。

其电路图如下所示： 2.2.4 电源、状态与设置指示灯协议转换器的电源指示灯上电即亮，状态指示灯在开关等智能家居控制设备状态改变时闪烁，设置指示灯在功能设置成功时闪烁。

硬件电路图如下：图2.4指示灯电路图2.2.5 协议转换器的记忆功能协议转换器具有具有断电记忆保护功能，可以记忆智能开关等家具设备的无线地址。

这一功能采用24C02芯片完成，通过把数据写入24C02，保证上电后数据不丢失。

24C02的电路图如下所示：图2.5 24C02的电路图2.2.6 其他硬件设置电源：由于对电源稳定性要求较高，并且对协议转换器的移动性要求不高，故采用手头剩余的外购开关电源模块外部供电；协议转换器地址设置：协议转换器的地址需要手动设置，因此考虑用拨码开关，但考虑到产品批量生产的成本问题，最终决定用插针和跳冒来代替拨码开关进行地址设置。

另外，考虑到今后可能系统功能需要完善，所以多留出四位地址备用。

3系统软件设计3.1协议转换器地址码的设计地址码是由地址设置开关的BCD码设置。

码由Addr2的高4位和低4位共8位组成，Addr1暂时保留不用。

高地址码=L5的值+L6的值+L7的值+L8的值3.2 485数据与FSK数据相互转换的协议格式：说明：(1)同步头（0xFF 0x68）、(2)控制类型：0X06—控制设备发的码；0X07-----被控设备的回码；(3)转发器地址：指协议转发器设置的地址，485数据发出的这两个字节必须与协议转发器上插针设置的地址一样才转发！无线地址：固定为0Xee.(4)设备号：协议转发器接收到发送无线数据的设备的编号：(5)校验码：固定为(6)3.3 A7102工作流程A7102有两种工作模式，FIFO mode和Direct mode.通过Mode control寄存器的FMS位可以设置。

协议转换器用的是FIFO模式，FSM位设置为１.在此模式下，A7102自动处理字头和CRC校验。

在接收数据时，自动把字头和CRC校验移去。

在发送数据时，自动加上字头和CRC校验。

当发送过程完成后，IRQ引脚通知单片机数据发送完毕。

单片机收发485数据，利用的是串口中断：void SerialInterrupt(void)interrupt 4{ if(RI){ if(ReceiveStartFlag){ ReceiveBuff[ValidByte]=SBUF;//从SBUF中读出数据ValidByte++;if(ValidByte>10){ReceiveFinishedFlag=1;ReceiveStartFlag=0;ValidByte=0;}}else{ if(SBUF==0x68){ReceiveStartFlag=1;ValidByte=0;Led2=0;}}}if(TI){if(ValidByte>12){ValidByte=0;RS_CON=0;}else{RS_CON=1;SBUF=SendBuff[ValidByte]; //向SBUF写入数据ValidByte++;}}RI=0;TI=0;//Led2=0;}单片机收发无线数据，利用定时查询方式：void Time0_Interrupt(void) interrupt 1{if(DelayTime!=0){DelayTime--;if(DelayTime<200){NoWirelessDeviceFlag=1;//判断是否有无线模块DelayTime=0;}}TH0=ReloadTH0;TL0=ReloadTL0;Flag1Ms=1;}//定时器1void Timer1(void) interrupt 3{TH1=ReloadTh1;TL1=ReloadTh1;}4.系统测试测试仪器：电脑一台，232-485接口一个，协议转换器一个，配套遥控器、智能开关若干，家电若干。

测试步骤：A．将协议转换器通过232-485接口与电脑连接；将配套智能开关与家电连接。