摘要：根据Zigbee通讯协议，规划了一种智能空调操控体系的外围电路。体系以CC2530模块为中心装备，选用DS18B20温度传感器、Nokia5110液晶及计算机监控体系等部件，经过上位机、单片机与传感器三者相连，收集、存储并操控体系的丈量数据，从而完结对空调体系的长途操控。深入研究了PCB内部天线增强体系抗干扰才干的规划。
规划的无线智能空调体系，能够有用的长途实时监测、操控室内温度。
当今社会，人们对日子品质要求越来越高，而传统的家电现已不能满意人们的需求，因而智能家理念电悄然兴起。智能家电是指将微电脑和通讯技能融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端功用，能够随时随地地获取与处理信息的消费电子产品，其重要的特征是经过Internet传递数字信息。根据此，规划了一种根据ZigBee通讯协议的智能空调操控体系的外围电路。结合原空调操控体系，能够长途实时监测、操控空调的运转。
1 ZigBee技能的优势
二十一世纪以来，比较盛行的无线局域网通讯别离有WIFI、Bluetooth、ZigBee，可是蓝牙的传输间隔短，WIFI的本钱大、功耗高，而ZigBee低本钱、低功耗、低复杂度的优势合适使用在短间隔、传输信息少的无线操控体系中，更契合无线智能家电物美价廉、节能减排的绿色理念。因而，根据ZigBee通讯协议的智能家电操控体系将是未来的发展方向。
2 ZigBee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履行特定的服务，即数据实体供给了数据传输服务，办理实体供给了一切其它的服务。上层由服务实体经过服务接入点供给一个接口。物理层和媒体介质拜访层由IEEE802.15.4协议规范拟定，网络层和使用层由ZigBee联盟拟定。物理层为上层供给原始比特流的数据连
接，MAC层操控数据包的物理寻址，网络层是确认网络传输途径，使用层为使用程序服务。每层组织经过数据服务接口和办理服务接口进行相邻层之间的通讯。
3 PCB内部天线的规划
运用PCB内部天线时，为了增强体系的抗干扰才干，需求规划精准的天线长度。由CC2530芯片能够知道，体系的频率f为2.4 GHz，光的传达速度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达时，可根据介质与真空的介电常数计算在介质中的传达速度，如公式(2)所示：
因为在制造PCB板子时，介电常数还会遭到PCB板子厚度h以及线宽w的影响，因而有用介电常数εoff如公式(3)所示：
规划的PCB板子的资料是FR4，该板子的介电常数为4.2，板子的厚度为1.6 mm，天线宽度为1 mm，计算出有用值为2.965，电磁波在板子中的波长为72.594 mm，因而PCB内部天线的长度规划为36.33 mm。
4 全体电路的体系规划
一个完好的ZigBee智能空调体系需求一个和谐器，一个或多个路由器及许多个终端节点组成，这样才干完结网络的树立，途径的分配和数据收集及传输使命。根据ZigBee协议规划的外围电路，体系框图如图1所示，无线智能空调体系外围电路的结构是星状网络结构，由一个全功用和谐器(收集模块)，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。
收集模块经过串口与PC机相连，传感器模块被安置在家中的空调上，经过温度传感器DS18B20实时监测室内温度，然后温度数据以无线的方法发送给收集模块，经过串口通讯传递到上位机，家庭成员经过Internet长途检查温度;也能够长途设定空调温度，即经过上位机进行温度数据的设定，从而反向传输到传感模块的LCD液晶上显现。
5 体系的硬件规划
硬件电路首要由传感模块、收集模块和电源模块组成。
5.1 通讯模块的挑选
规划过程中为了添加中心节点的数据存储和处理的才干，选用了带有256 K Flash和规范8051增强型处理器的CC2530作为中心模块。
CC2530模块是一款彻底兼容8051内核，一起支撑IEEE802.15.4协议的2.4 GHz无线射频单片机，该款模块能满意Z—Stack运转内存容量的要求;支撑2.0～3.6 V供电电压，具有3种电源办理方法：唤醒方法、睡觉方法、终端方法;传输间隔大于75 m，最高传输速率250 kbps，十分合适使用在智能空调上。根据CC2530模块最小体系原理图如图2所示。
5.2 收集模块的硬件规划
收集模块首要担任树立、办理和保护网络。收集模块是由CC2530模块、电压转化电路、电源电路、串口、复位键、指示灯以及天线组成。因为CC2530模块的作业电压是3.3 V，所以选用电压转化芯片REG1117把5 V电压转化为3.3 V。指示灯是用来表明收集模块是否成功树立网络等状况信息。收集模块经过点播的方法发送操控指令给传感模块，发送的数据格式最多用5字节表明。
5.3 传感模块的硬件规划
传感模块是智能空调操控体系的终端节点。传感模块除了包含有收集模块组成部分外，还具有温度传感器DS18B20和LCD液晶显现部分。传感模块需求一个串口线即可完结DS 18B20温度传感器和PC机的双向通讯。
当温度传感器检测到温度时，CC2530对数据进行处理，为传输数据做好预备，经过LCD显现出来并发送给收集模块。上位机设定温度后，经过收集模块反向传给传感模块并在LCD上显现。当传输或承受结束后，传感模块进入休眠方法，使操控器进入低功率方法来延伸电池寿数。
5.4 电源电路规划
电源电路为智能空调体系的其他功用模块供电，确保模块的正常作业。模块中，下载设备和调试设备需求5 V供电，芯片CC2530需求3.3 V供电，因而选用电压转化芯片进行电平转化。为了充沛满意不同作业环境，体系选用3种供电方法：电池供电、USB供电、稳压电源直流供电。
6 体系的软件规划
体系集成开发环境选用IAR Embedded Workbench ForC8051，在此环境下完结对CC2530程序的编程、编译、调试，使用CC Debugger及SmartRF Flash Programmer完结程序的
下载作业。软件规划首要选用TI公司CC2530供给支撑的免费ZigBee协议软件，以C言语为编程言语，在Z—Stack通用模板的基础上经过改动APP程序，来完结无线智能空调的操控。
6.1 收集模块软件规划
收集模块程序包含体系初始化、信道扫描、和谐器树立网络、答应子节点接入网络和接纳节点数据等代码程序。当体系上电后，首要初始化软硬件，树立网络并给每个参加网络的节点分配ID地址，然后体系进入监听状况，当和谐器接纳到无线传感模块终端发送的指令时，再发送操控指令到节点就能够完结对空调温度的操控。收集模块程序流程图如图3所示。
收集模块给多个传感模块分配的地址时，是按树型结构不同层d的深度对传感模块进行地址分配的，其不同层d分配的地址之间的间隔为Cskip(d)，公式如(6)所示：
其间，Lm是结构的最大深度;Cm是组网中能具有传感模块的最多个数;Rm是组网中路由器的最多个数。
当设备地址之间的间隔为0时，阐明组网中没有路由器，因而不能承受任何传感设备。当地址之间的间隔大于0时，才干够给传感模块分配地址。
当收集模块给多个传感模块分配地址时，首要给榜首个子模块分配比本身地址大1的组网地址，然后以地址之间的间隔Cskip(d)为公役顺次进行递加，之后顺次分配给其他子模块。地址分配如公式(7)所示：
公式(7)中，上面的式子是为多个传感模块分配的地址公式，下面的式子是为多个路由器分配的地址公式，Aparent为收集模块本身的地址。
6.2 传感模块软件规划
传感模块会主动参加网络，宣布绑定恳求，等候收集模块绑定呼应。假如没有呼应，传感模块将会周期性的持续查找。假如绑定成功，会每隔1 s发送温度数据，然后再分两个途径别离传递，一是经过无线ZigBee技能传递给收集模块，另一个是直接在LCD液晶进行显现。当传感模块经过无线ZigBee技能接纳到收集模块发送过来的指令数据时，数据也会在LCD液晶屏上显现。传感模块程序流程图如图4所示。
7 体系的测验成果及剖析
无线智能空调外围电路的测验成果分为两个部分，一是上位机上显现的每隔1 s收集的温度数据及咱们对空调设定的温度。另一部分是经过LCD液晶显现的室内温度和经过无
线传输接纳到的设定的温度，如图5所示。
测验成果表明：无线智能空调外围电路操控体系能够完结对室内温度的实时收集，以及远间隔的无线传输的操控，体系具有数据精准、体积小、移植性强、传输间隔可达20m左右，可穿透障碍物等特色，具有宽广的使用远景。
8 结束语
体系是根据ZigBee的无线智能空调外围电路的规划。由CC2530、DS18B20和Nokia5110液晶屏组成的无线智能空调操控体系更具有移植性强，省电，灵敏细巧等长处，能够使用在许多场合，便利人们的日子。PCB内部天线的长度规划为36.33 mm使抗干扰才干增强，收发数据精准。体系以无线方法进行数据的传输，避免了传统排线繁琐的缺陷，更适用于当今社会的需求。
