智能家居控制系統的設計與實現

智能家居控制系統的設計與實現

２１世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯網新技術推動了人類文明的巨大進步。數字化家居控制系統的出現使得人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器（空調、熱水器、電飯煲、燈光、音響、ＤＶＤ錄像機）進行遠程控制；也可以在下班途中，預先將家中的空調打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實現都僅僅是輕輕的點幾下鼠標，或者打一個簡單的電話。此外，該系統還可使家庭具有多途徑報警、遠程監聽、數字留言等多種功能，如果不幸出現某種險情，您和１１０可以在第一時間獲得通知以便進一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，智能家居系統能夠在不改變家中任何家電的情況下，對家里的電器、燈光、電源、家庭環境進行方便地控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現代生活。

１　系統的總體結構及工作過程

智能家居系統由系統主機、系統分機、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服務器和網絡接口等部分組成。其中系統主機通過服務器（個人計算機）連入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并通過自己的ＰＳＴＮ?公用電話交換網?接口電路連入ＰＳＴＮ。其結構圖如圖１所示。主機與分機通過無線傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過本地無線傳輸網絡同系統分機進行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統正常工作時，用戶可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＰＳＴＮ兩種網絡進行訪問，當通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ訪問時，本系統可提供一個界面友好的終端軟件，用戶只需登陸到運行在家中的服務器即可對家中的設備進行遠程控制；當通過ＰＳＴＮ訪問時，本系統將為用戶提供語音操作界面。其工作流程如圖２所示。

２　系統的硬件構成

本系統的硬件主要有系統主機與系統分機兩大部分。系統主機由單片機ＡＴ８９Ｃ５２和各種接口電路組成，如圖３所示。系統分機由單片機ＡＴ８９Ｃ５２和各種接口電路、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路組成，并由固態繼電器控制具體設備，具體硬件組成框圖如圖４所示。

通過系統主機的各種接口電路可將主機ＣＰＵ從繁忙的計算中解脫出來，以便把主要精力運用在控制和信息傳遞上。系統主機主要依照各個功能電路的輸出結果進行邏輯判斷和控制命令的輸出。系統分機的各種接口電路和主機相似，只是根據設備的不同（傳感器單元）有著細節上的變化。下面主要介紹系統主機的各種接口電路。

２．１ ｎＲＦ４０１ 無線數據傳輸電路

無線數據傳輸電路由Ｎｏｒｄｉｃ公司的單片ＵＨＦ無線數據收發芯片ｎＲＦ４０１及其外圍電路構成。ｎＲＦ４０１采用ＦＳＫ調制解調技術，其工作效率可達２０ｋｂｉｔ／ｓ，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機模式。它不用對數據進行曼徹斯特編碼，其天線接口設計為差分天線，因而很容易用ＰＣＢ來實現。

２．２ 看門狗電路

看門狗電路由ＭＡＸ８１３Ｌ及其外圍元件組成。通常，在單片機的工作現場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導致程序跑飛、造成死機或者程序不能正常運行。如果不及時恢復或使系統復位，就容易造成損失。看門狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機時，能有效地使系統復位以使系統恢復正常運轉。因此，在程序中定期給Ｐ１．５送入看門狗信號，就可以保證在程序運行異常時，由ＭＡＸ８１３Ｌ使單片機復位。

２．３ ＤＳ１３０７時鐘接口電路

ＤＳ１３０７時鐘芯片是美國ＤＡＬＬＡＳ公司生產的Ｉ２Ｃ總線接口實時時鐘芯片。ＤＳ１３０７可以獨立于ＣＰＵ工作，它不受晶振和電容等的影響，并且計時準確，月積累誤差一般小于１０秒。此芯片還具有掉電時鐘保護功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調整功能，可以產生秒、分、時、日、月、年等數據，并將其保存在具有掉電保護功能的時間寄存器內，以便ＣＰＵ根據需要對其進行讀出或寫入。由于單片機ＡＴ８９Ｃ５２沒有Ｉ２Ｃ總線接口，因此，要驅動ＤＳ１３０７，就必須采用單主機方式下的Ｉ２Ｃ總線虛擬技術。在此方式下，以單片機為主節點（主器件），主器件永遠占有總線而不出現總線競爭，且可以用兩根Ｉ／Ｏ口線來虛擬Ｉ２Ｃ總線接口。Ｉ２Ｃ總線上的主器件（單片機）可在時鐘線（ＳＤＬ）上產生時鐘脈沖，在數據線（ＳＤＡ）上產生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數據傳輸的器件。任何被選中的器件都將被主器件看成是從器件。在這里，ＤＳ１３０７作為Ｉ２Ｃ總線的從器件。Ｉ２Ｃ總線為同步串行數據傳輸總線，其內部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結構，因此，需加上拉電阻。

２．４ ＭＴ８８８０Ｃ雙音頻編解碼電路

由于單片機是通過ＭＴ８８８０Ｃ芯片得到ＰＳＴＮ網絡的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機可以識別來自ＰＳＴＮ網絡的控制信號，用戶可以根據系統的語音提示進行按鍵選擇以實現用戶身份的識別與遠程控制。因此，利用ＭＴ８８８０Ｃ的雙音頻編碼功能，系統可以在緊急時刻將用戶預置的緊急電話打到ＰＳＴＮ網絡，從而把損失減少到最低。

２．５ ＩＳＤ４００４語音錄放電路

ＩＳＤ４００４是美國ＩＳＤ公司生產的一種語音錄放芯片。它可錄制８～１６分鐘的語音信號。該芯片可提供ＳＰＩ標準接口和單片機進行接口，其語音的錄放控制均通過單片機來實現。該芯片的一個最大特點是可以按地址編程錄放，因而可由ＩＳＤ４００４和單片機編程控制來構成本系統與ＰＳＴＮ網絡用戶的語音平臺。由于ＩＳＤ４００４的ＩＮＴ和ＲＡＣ腳輸出為開漏結構，因此需要加上拉電阻。

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