智能家居中電熱水器設計方案

圖5 無線模塊接口

5.遙控系統硬件框架

該遙控采用PIC微控器、IA4421無線傳輸芯片,基于IA4421的無線模塊工作頻率為433MHz、通訊速率為9.6KB、數據傳輸空曠距離不小于110米、至少能夠穿透2堵墻,可以滿足大部分用戶要求。該無線搖控器具有功能如下：設定水溫溫度、顯示水溫溫度、設定即時加熱模式、設定主機電源開關、設定智能控制、功率檔位設定、時間顯示、具備運行模式和睡眠模式、無線學習，當學習鍵按下時，進入學習狀態，學習指示燈LED亮，當學習成功后，立即返回，LED燈滅，平時為透明數據傳送狀態。遙控系統硬件結構如圖6所示。

圖6 遙控系統硬件框圖

電源部分使用2顆1.5V的AAA電池供電。系統待機的狀態下，IA4421和PIC16F689都處于睡眠狀態，LCD關閉，降低系統的功耗。

IA4421模塊電路連接與接收系統的模塊部分基本一樣，如圖4所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。

6. 接收控制系統軟件框圖

圖7 接收控制系統軟件結構

本方案軟件設計結構如圖7所示，由于該流程比較復雜，受篇幅有限，本文只對其比較重要的部分作一個大概的介紹。

6.1 IA4421驅動流程

RF驅動主要是對IA4421寄存器進行初始化設置，如通訊速率、通信頻率、電源管理、輸出功率等進行設置。IA4421的初始化流程如圖8所示，流程簡單，方便用戶更加容易理解和使用。

圖8 IA4421驅動

6.2以太網驅動流程

以太網驅動有3種通訊模式，分別為TCP SERVER模式、TCP CLIENT模式、UDP模式 ，本文使用UDP模式，UDP模式比TCP模式具有更高的效率和更快的速度。在此模式下無需建立連接的請求和應答，數據直接進行雙向數據傳輸。具體流程簡圖如圖9所示。

圖9 以太網驅動流程

其中，各狀態說明如下：

①SM_APP_INIT： 起始狀態，進行初始化，并根據參數設置進入相關狀態。

②SM_APP_ARP_ASK: 向遠端主機發出地址解析包，根據IP 地址請求對應的網絡地址。

③SM_APP_ARP_RESOLVE: 接受遠端主機發出地址解析包，設置遠端主機的網絡地址。

④SM_APP_UDP_SOCKET: 建立UPD 連接。

⑤SM_APP_UDP: 進行UPD連接模式下的數據接收和發送。

⑥SM_APP_ERROR: 空狀態，用于程序的調試。

7. RF遙控系統軟件框架

圖10 RF遙控軟件結構

RF遙控軟件流程如圖10所示，包括MCU的初始化、變量初始化、IA4421初始化、LCD初始化、主程序的循環檢測。

主循環包括按鍵輸入檢測、無線數據發送、無線信號的接收和反饋數據的處理、LCD數據顯示，即能正確地發送用戶輸入的信息以及把熱水器的各個狀態及時反饋回手持設備的LCD上，讓用戶一目了然。

8. 小結

該方案主要是以IAI442X系列芯片和PIC系列微控制器研發的智能家居控制方案，可以方便地推廣應用到各種智能家居系統中。