智能家居設(shè)計論文

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智能家居設(shè)計論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制雙音多頻網(wǎng)絡(luò)通訊無線通訊家庭自動化

21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。數(shù)字化家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時候、任意地點(diǎn)對家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機(jī)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)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(shí)現(xiàn)都僅僅是輕輕的點(diǎn)幾下鼠標(biāo)，或者打一個簡單的電話。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報警、遠(yuǎn)程監(jiān)聽、數(shù)字留言等多種功能，如果不幸出現(xiàn)某種險情，您和110可以在第一時間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居系統(tǒng)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的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。

1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作過程

智能家居系統(tǒng)由系統(tǒng)主機(jī)、系統(tǒng)分機(jī)、Internet服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)接口等部分組成。其中系統(tǒng)主機(jī)通過服務(wù)器（個人計算機(jī)）連入Internet，并通過自己的PSTN公用電話交換網(wǎng)接口電路連入PSTN。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。主機(jī)與分機(jī)通過無線傳輸組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主機(jī)通過本地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)同系統(tǒng)分機(jī)進(jìn)行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統(tǒng)正常工作時，用戶可以通過Internet和PSTN兩種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問，當(dāng)通過Internet訪問時，本系統(tǒng)可提供一個界面友好的終端軟件，用戶只需登陸到運(yùn)行在家中的服務(wù)器即可對家中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；當(dāng)通過PSTN訪問時，本系統(tǒng)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(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)的硬件主要有系統(tǒng)主機(jī)與系統(tǒng)分機(jī)兩大部分。系統(tǒng)主機(jī)由單片機(jī)AT89C52和各種接口電路組成，如圖3所示。系統(tǒng)分機(jī)由單片機(jī)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(shè)備，具體硬件組成框圖如圖4所示。

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

2．1nRF401無線數(shù)據(jù)傳輸電路

無線數(shù)據(jù)傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片nRF401及其電路構(gòu)成。nRF401采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作效率可達(dá)20kbit／s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機(jī)模式。它不用對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其天線接口設(shè)計為差分天線，因而很容易用PCB來實(shí)現(xiàn)。

2．2看門狗電路

看門狗電路由MAX813L及其元件組成。通常，在單片機(jī)的工作現(xiàn)場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導(dǎo)致程序跑飛、造成死機(jī)或者程序不能正常運(yùn)行。如果不及時恢復(fù)或使系統(tǒng)復(fù)位，就容易造成損失?？撮T狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機(jī)時，能有效地使系統(tǒng)復(fù)位以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。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(yùn)行異常時，由MAX813L使單片機(jī)復(fù)位。

2．3DS1307時鐘接口電路

DS1307時鐘芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的I2C總線接口實(shí)時時鐘芯片。DS1307可以獨(dú)立于CPU工作，它不受晶振和電容等的影響，并且計時準(zhǔn)確，月積累誤差一般小于10秒。此芯片還具有掉電時鐘保護(hù)功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調(diào)整功能，可以產(chǎn)生秒、分、時、日、月、年等數(shù)據(jù)，并將其保存在具有掉電保護(hù)功能的時間寄存器內(nèi)，以便CPU根據(jù)需要對其進(jìn)行讀出或?qū)懭?。由于單片機(jī)AT89C52沒有I2C總線接口，因此，要驅(qū)動DS1307，就必須采用單主機(jī)方式下的I2C總線虛擬技術(shù)。在此方式下，以單片機(jī)為主節(jié)點(diǎn)（主器件），主器件永遠(yuǎn)占有總線而不出現(xiàn)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(jī)）可在時鐘線（SDL）上產(chǎn)生時鐘脈沖，在數(shù)據(jù)線（SDA）上產(chǎn)生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骷?。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(shù)據(jù)傳輸總線，其內(nèi)部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，因此，需加上拉電阻。

2．4MT8880C雙音頻編解碼電路

由于單片機(jī)是通過MT8880C芯片得到PSTN網(wǎng)絡(luò)的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機(jī)可以識別來自PSTN網(wǎng)絡(luò)的控制信號，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識別與遠(yuǎn)程控制。因此，利用MT8880C的雙音頻編碼功能，系統(tǒng)可以在緊急時刻將用戶預(yù)置的緊急電話打到PSTN網(wǎng)絡(luò)，從而把損失減少到最低。

2．5ISD4004語音錄放電路

ISD4004是美國ISD公司生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)接口和單片機(jī)進(jìn)行接口，其語音的錄放控制均通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。該芯片的一個最大特點(diǎn)是可以按地址編程錄放，因而可由ISD4004和單片機(jī)編程控制來構(gòu)成本系統(tǒng)與PSTN網(wǎng)絡(luò)用戶的語音平臺。由于ISD4004的INT和RAC腳輸出為開漏結(jié)構(gòu)，因此需要加上拉電阻。

2．6MAX202串行通訊電路

通訊電路可由串行通訊專用芯片MAX202組成，通過此電路可以方便地與PC機(jī)進(jìn)行串行通訊。

2．7鈴流檢測與摘掛機(jī)控制電路

當(dāng)系統(tǒng)被呼叫時，電話交換機(jī)發(fā)出鈴流信號。振鈴為25±3V的正弦波，失真小于10％，電壓有效值為90±15V。振鈴信號以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。由于振鈴信號電壓比較高，所以先要通過高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光耦。再經(jīng)光耦隔離轉(zhuǎn)換后，從光耦輸出時通時斷的正弦波，最后經(jīng)RC回路進(jìn)行濾波以輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。該方波信號可以直接輸出至單片機(jī)的定時器1進(jìn)行計數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對鈴流的檢測。

由于程控電話交換機(jī)在電話摘機(jī)時電話線回路電流會突然變大（約30mA），因此，交換機(jī)檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。自動摘掛機(jī)電路可以通過單片機(jī)的P1．7來控制一個固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器的控制端應(yīng)連接一個大約300Ω的電阻后再接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機(jī)。

3系統(tǒng)軟件編制

本系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主機(jī)和系統(tǒng)分機(jī)的C51程序和系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序組成。

3．1系統(tǒng)主機(jī)程序的編制

系統(tǒng)主機(jī)程序主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、看門狗程序、時間戳程序、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機(jī)控制程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序等。程序編制以消息驅(qū)動為主導(dǎo)思想。消息由計數(shù)器中斷1、外部中斷0和串行中斷產(chǎn)生，在中斷服務(wù)程序中，應(yīng)將相應(yīng)的狀態(tài)位置位，而在消息循環(huán)中則應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位調(diào)用功能函數(shù)，然后由功能函數(shù)將相應(yīng)的狀態(tài)位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環(huán)中。其程序流程如圖5所示。該系統(tǒng)的分機(jī)程序和主機(jī)類似，故此不再詳述。

3．2系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序的編制

這部分通訊程序分為服務(wù)器和客戶端兩個程序，主要通過Internet網(wǎng)絡(luò)完成用戶的控制功能。

服務(wù)器程序主要完成客戶端與系統(tǒng)主機(jī)通訊的中轉(zhuǎn)，即將客戶端發(fā)來的控制或者查詢命令翻譯成系統(tǒng)主機(jī)能識別的格式，或者將系統(tǒng)主機(jī)收到的報警等信息上傳到客戶端。服務(wù)器程序使用Socket與客戶端進(jìn)行Internet通訊。

客戶端程序是運(yùn)行在遠(yuǎn)端用戶的控制界面，主要用于完成家居內(nèi)狀態(tài)的顯示以及對家居內(nèi)電器的遠(yuǎn)程控制，同時使客戶端直接連接到服務(wù)器。