物联网智能机房系统设计与实现

目前市面常见的无线通信模块按照传输模式分为两种：非透明传输和透明传输。结合本设计的实际情况，选择透明传输模块比较适合，这样便可以很自由的设置本设计的通信协议。经过实际调查和对比，选中LSD-RFMC-B401-A2型无线透传模块。该模块是一款高性能的射频收发器，工作在470 MHz频段，全透明传输，可根据实际应用配置各种串口数据格式，可实现无限数据长度发送。
3)电源模块
电源是整个系统维持正常运行的必要条件，所以一个可靠的电源是必要的。由于整个系统中的所有部件不都是工作在相同的电压下的，所以需要不同的稳压芯片来为各个部件供电。经过实际调查，得知电路中需要5 V和3．3 V两种电压，所选选择LM2596_5．0V和LM2596_3．3V这两款稳压芯片作为每个模块的供电芯片。
2．2 通信中继模块
通信中继模块通过网关与上位机实现信息交互，所以需要一种与网关通信的方式。设计上采用在基础模块之上，添加了与网关串行异步通信的功能。由于STC12C5A60S2的异步串行通信接口使用的是TTL电平，而网关平台外部接口使用的是RS232电平，所以需要专用的电平转换芯片MAX232。如图4所示，MAX232连接到STC12C5A60S2单片机的异步串行通信接口1上，另一端连接到标准的DB9插座上。

2．3 温湿度及人体入侵检测模块
温湿度及人体入侵检测模块是在基础模块之上添加温湿度检测传感器和人体热释电检测传感器而实现的。其中温湿度的检测采用DHT11温湿度传感器，人体入侵的检测则由专用的人体热释电感应模块来实现。
人体检测模块的工作方式是，当有人进入到检测范围的时候，该模块的状态引脚输出电平由高变低，当人走出该范围的时候，状态引脚的输出电平又由低恢复到高电平。利用这一特点，可将该状态引脚直接连接到STC12C5A60S2单片机的外中断0引脚上，当该模块检测到人体时，状态引脚产生下降沿电平，触发单片机外中断0。又考虑到当人体走出检测范围时，为了让系统及时得知，将模块的状态引脚接反相器后，连接到ST12C5A60S2单片机的外中断1引脚上。这样，当人体走出检测范围时，人体检测模块的状态引脚产生上升沿电平，经反相器取反后变为下降沿电平，触发ST12C5A60S2单片机的外中断1。人体检测模块电路原理图如图5所示。

2. 4 电灯控制模块
电灯控制模块主要负责打开和关闭室内的灯光。这其中涉及到了弱电压控制强电压的问题，本模块单片机的电压为5 V，而室内灯的电压是220 V，所以需要通过继电器来实现电灯的打开和关闭。本设计采用2个常见的5 V单刀单置继电器，控制两个灯的开关。

如图6所示，电灯控制模块是在基础模块之上添加了2个受STC12C5A60S2单片机的两个I／O口P2．1和P2．0控制的继电器。当P2．0输出为低电平时，继电器1上电，从而接通JI插座的两个引脚。当P2．1输出为低电平时，继电器2上电，从而接通J2插座的两个引脚。这样。就可以通过J1和J2两个插座控制电灯的打开和关闭了。
2．5 无线遥控小车
无线遥控小车是一个可移动的平台，在小车上边可以扩展各种传感器，从而通过小车的移动扩大传感器的检测范围。小车的动力为两个直流电机，采用常见的双H桥驱动芯片L298N来驱动。单片机可以通过控制L298N芯片，间接控制小车的运动方向和速度。无线遥控小车上装有一个无线摄像头，从而可以实现远程的遥控。在小车前方，增加一些小灯，在需要的时候打开，使摄像头可以拍摄到黑暗的地方。具体模块的实现是在基础模块上添加了电机控制电路、车灯控制电路和摄像头电源控制电路。
2．6 遥控终端模块
遥控终端主要负责显示系统的各种信息和控制其他的功能模块，并且在有人进入检测范围时，提供警报功能。针对显示部分，考虑到信息量较少，所以采用1602字符液晶屏显示，该字符型液晶屏可一次显示32个字符；针对遥控部分，考虑到需要控制的功能较多，且需要节省单片机的I／O口资源，所以采用4x4矩阵键盘，该键盘可以实现16个按键输入，但只用了单片机的8个I／O口。针对报警功能。可使用一个蜂鸣器实现。

3 软件设计
3．1 通信协议设计
通信协议主要包括两方面内容：1)通信中继模块与上位机通信的协议；2)各模块间的通信协议。无论哪方面的通信，都应该首先保证通信数据的正确性和可解析性。
3．1．1 通信中继与上位机通信协议
通信中继模块与上位机的通信包括：向上位机发送采集信息、接收上位机的命令。其中接收的命令应该尽量简短，这是由于单片机的资源有限，不适合处理长字符串。
1)上传信息协议
下位机以字符串的方式上传数据，每个数据的字符串必须同时满足以下2个条件：
①字符串长度为9个字符；
②以“(”开头，以“)”结尾。
如果不满足以上条件，上位机应放弃处理该数据，并且立刻请求下位机重新发送数据。字符串的形式为：(0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF)，各字节含义如表1所示。

如果字节的数据为“0xEE”，表示上传的数据中没有对应字节的信息。
2)控制命令协议
控制命令也是以字符串形式传送。每个命令字符串必须同时满足以下2个条件：
①字符串长度为5个字符；
②以“(”开头，以“)”结尾。