智能家居控制系統的設計與實(shí)現

２１世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的巨大進(jìn)步。數字化家居控制系統的出現使得人們可以通過(guò)手機或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)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(jìn)行遠程控制；也可以在下班途中，預先將家中的空調打開(kāi)、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(shí)現都僅僅是輕輕的點(diǎn)幾下鼠標，或者打一個(gè)簡(jiǎn)單的電話(huà)。此外，該系統還可使家庭具有多途徑報警、遠程監聽(tīng)、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(shí)間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動(dòng)。舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì )進(jìn)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(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來(lái)的簡(jiǎn)便而時(shí)尚的現代生活。

１　系統的總體結構及工作過(guò)程

智能家居系統由系統主機、系統分機、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )接口等部分組成。其中系統主機通過(guò)服務(wù)器（個(gè)人計算機）連入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并通過(guò)自己的ＰＳＴＮ?公用電話(huà)交換網(wǎng)?接口電路連入ＰＳＴＮ。其結構圖如圖１所示。主機與分機通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過(guò)本地無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )同系統分機進(jìn)行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統正常工作時(shí)，用戶(hù)可以通過(guò)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＰＳＴＮ兩種網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，當通過(guò)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，本系統可提供一個(gè)界面友好的終端軟件，用戶(hù)只需登陸到運行在家中的服務(wù)器即可對家中的設備進(jìn)行遠程控制；當通過(guò)ＰＳＴＮ訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，本系統將為用戶(hù)提供語(yǔ)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(tài)繼電器控制電路組成，并由固態(tài)繼電器控制具體設備，具體硬件組成框圖如圖４所示。

通過(guò)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(lái)，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(gè)功能電路的輸出結果進(jìn)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(zhù)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(wú)線(xiàn)數據傳輸電路

無(wú)線(xiàn)數據傳輸電路由Ｎｏｒｄｉｃ公司的單片ＵＨＦ無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)芯片ｎＲＦ４０１及其外圍電路構成。ｎＲＦ４０１采用ＦＳＫ調制解調技術(shù)，其工作效率可達２０ｋｂｉｔ／ｓ，且有兩個(gè)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(jìn)行曼徹斯特編碼，其天線(xiàn)接口設計為差分天線(xiàn)，因而很容易用ＰＣＢ來(lái)實(shí)現。

２．２ 看門(mén)狗電路

看門(mén)狗電路由ＭＡＸ８１３Ｌ及其外圍元件組成。通常，在單片機的工作現場(chǎng)，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(shí)恢復或使系統復位，就容易造成損失�？撮T(mén)狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機時(shí)，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(mén)狗信號，就可以保證在程序運行異常時(shí)，由ＭＡＸ８１３Ｌ使單片機復位。

２．３ ＤＳ１３０７時(shí)鐘接口電路

ＤＳ１３０７時(shí)鐘芯片是美國ＤＡＬＬＡＳ公司生產(chǎn)的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)接口實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)準確，月積累誤差一般小于１０秒。此芯片還具有掉電時(shí)鐘保護功能，可自動(dòng)切換到后備電源供電。同時(shí)還具有閏年自動(dòng)調整功能，可以產(chǎn)生秒、分、時(shí)、日、月、年等數據，并將其保存在具有掉電保護功能的時(shí)間寄存器內，以便ＣＰＵ根據需要對其進(jìn)行讀出或寫(xiě)入。由于單片機ＡＴ８９Ｃ５２沒(méi)有Ｉ２Ｃ總線(xiàn)接口，因此，要驅動(dòng)ＤＳ１３０７，就必須采用單主機方式下的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)虛擬技術(shù)。在此方式下，以單片機為主節點(diǎn)（主器件），主器件永遠占有總線(xiàn)而不出現總線(xiàn)競爭，且可以用兩根Ｉ／Ｏ口線(xiàn)來(lái)虛擬Ｉ２Ｃ總線(xiàn)接口。Ｉ２Ｃ總線(xiàn)上的主器件（單片機）可在時(shí)鐘線(xiàn)（ＳＤＬ）上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，在數據線(xiàn)（ＳＤＡ）上產(chǎn)生尋址信號、開(kāi)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(xiàn)的從器件。Ｉ２Ｃ總線(xiàn)為同步串行數據傳輸總線(xiàn)，其內部為雙向傳輸電路，端口輸出為開(kāi)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(guò)ＭＴ８８８０Ｃ芯片得到ＰＳＴＮ網(wǎng)絡(luò )的雙音頻信號解碼輸出，也就是說(shuō)，單片機可以識別來(lái)自ＰＳＴＮ網(wǎng)絡(luò )的控制信號，用戶(hù)可以根據系統的語(yǔ)音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現用戶(hù)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(shí)刻將用戶(hù)預置的緊急電話(huà)打到ＰＳＴＮ網(wǎng)絡(luò )，從而把損失減少到最低。

２．５ ＩＳＤ４００４語(yǔ)音錄放電路

ＩＳＤ４００４是美國ＩＳＤ公司生產(chǎn)的一種語(yǔ)音錄放芯片。它可錄制８～１６分鐘的語(yǔ)音信號。該芯片可提供ＳＰＩ標準接口和單片機進(jìn)行接口，其語(yǔ)音的錄放控制均通過(guò)單片機來(lái)實(shí)現。該芯片的一個(gè)最大特點(diǎn)是可以按地址編程錄放，因而可由ＩＳＤ４００４和單片機編程控制來(lái)構成本系統與ＰＳＴＮ網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)的語(yǔ)音平臺。由于ＩＳＤ４００４的ＩＮＴ和ＲＡＣ腳輸出為開(kāi)漏結構，因此需要加上拉電阻。

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