Abstract： Wireless communication technology not only is widely used in industrial control, but also is spread and applied in people's daily life. This paper introduces a design and implementation method of intelligent home control system based on 2.4G wireless communication technology. Main hardware circuits of the system are designed. CSMA technology and data structure of the load in wireless communication are analyzed.
Key words: 2.4G ;intelligent home control system ; wireless communication protocol
引言
近年来，无线通信技术快速发展，涌现出蓝牙、ZigBee、WiFi和RFID等无线通信技术。无线通信产品因为其便捷性、安全性和易操控性等优点，已经被大多数人接受、采纳和使用。本文设计的基于2.4G智能家居控制系统采用2.405~2.485 GHz无线频段，该频段是国际规定的免费频段，不需要向国际相关组织缴纳任何费用，为24G无线技术可持续发展提供了必要的有利条件。由于2.4G采用全双工模式传输，在抗干扰性能上比之前的27 MHz有绝对的优势；传送速率高达2 Mbps，是蓝牙传送速率的两倍，对于较大容量的数据传输更具吸引力。
无线智能家居控制系统在国外一些高档公寓得到广泛的应用，但在国内由于价格昂贵，没有得到普及。本文设计的无线控制系统采用nRF24LE1无线模块，同时该芯片的开发体系比较成熟。系统中还加入光学手指（OFN）模块，能够远距离对主节点进行操作，实现空中鼠标功能，通过PC界面进行远程操作，真正实现了无线控制。
1 原理分析
1.1 无线模块简介
目前，2.4G无线通信技术中常用的芯片有挪威Nordic公司nRF24LE1无线芯片模组、以色列RFWave公司的RFW102无线芯片模组等。根据设计需求、性能及成本估算，采用nRF24LE1和nRF24LU1+作为处理主芯片进行数据传输。
nRF24LE1用作每个节点的收发主控芯片，其内部有增强型的8051 MCU和内嵌2.4G低功耗无线收发内核nRF24L01P两个部分，空中速率最高达到2 Mbps，保证大容量数据的无线快速传输。MCU和无线收发内核之间通过SPI接口进行通信。该芯片还内嵌很多丰富的模块，尤其是内置128位AES硬件加密器，可对主节点到从节点的无线传输过程进行高强度的加密，确保数据传输的安全，特别满足RFID对高安全性的要求。射频收发器可配置为4种工作模式：掉电模式、待机模式、接收模式和发射模式。通过配置CONFIG寄存的PWR_UP、PRIM_RC、RFCE和RFCSN实现4种模式之间的切换，实现低功耗设计的思想。
nRF24LU1+作为主节点的主控芯片，与PC相连接，通过其内嵌的USB2.0接口，实现与PC之间的通信，确保其时效性和快速性。该芯片内部与nRF24LE1相似，同样包含8051 MCU和无线收发内核nRF24L01P。
1.2 光学手指模块简介
光学手指模块（即光学手指导航模组）依附于nRF24LE1芯片，构成一个节点，实现远程控制终端设备功能。其作用是远程对与PC相连接的主节点端发送数据。根据应用程序响应，通过主节点端发送数据包到需要控制的从节点，控制从节点连接的电器设备。
本系统采用创讯达CD001型光学手指导航模组，在移动设备的屏幕上实现类似鼠标操作功能。其供电电源电压为2.6~3.3 V，低功耗特性使其可以做成一个由蓄电池供电的手持终端设备。其原理大致为：通过安装在感应区周围的LED发出红外线（波长为870 nm）照射手指，部分红外线将会被反射到感应区，感应区根据这些反射的红外线转化成数据，计算出手指移动的方向和速度，然后以相对坐标的形式输出，通过I2C总线接口与nRF24LE1主芯片进行数据通信。光学手指导航模组如图1所示。
