1.1 引言

 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(dòng)了人類文明的巨大進(jìn)步。你是否想一踏入家門就是一個(gè)光照度和溫濕度舒適的環(huán)境，你是否在外邊擔(dān)心家里的安全，你是否想遙在外邊想通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電話就能控制家里的電器等。本文介紹的數(shù)字化家居控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過(guò)手機(jī)或電話在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對(duì)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(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(xiàn)都僅僅是打一個(gè)簡(jiǎn)單的電話。該系統(tǒng)除了具有手機(jī)遠(yuǎn)程控制功能后，還能通過(guò)自身的傳感器模塊感知外界環(huán)境的具體情況，并會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在陰暗的天氣里，它會(huì)自動(dòng)打開(kāi)燈，并調(diào)整燈的亮度，在陽(yáng)光充足的天氣里，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉燈，或者將燈光調(diào)暗，并且與百葉窗配合來(lái)控制家里的光照度，由于本項(xiàng)目采用的是亮度可調(diào)的LED燈，所以對(duì)于節(jié)能和環(huán)保都有很大的意義。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種功能，如果不幸出現(xiàn)某種險(xiǎn)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(biāo)志，智能家居控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對(duì)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(xiàn)代生活。

實(shí)現(xiàn)智能化離不開(kāi)運(yùn)算和控制單元，本系統(tǒng)采用AT32UC3A0512作為主控器件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入/出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開(kāi)發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本設(shè)計(jì)的MCU與各個(gè)芯片和模塊的接口、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格遵循國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。

本系統(tǒng)的手機(jī)遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn)DTMF通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用MT8870雙音頻編解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過(guò)MT8870識(shí)別來(lái)自手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶只需撥通家中的控制手機(jī)就可以根據(jù)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作；各種傳感器的檢測(cè)是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控；短消息發(fā)送部分采用基于SIEMENS TC35 GSM模塊TC35 modem 和TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238等器件構(gòu)成的移動(dòng)終端的硬件電路可以完成短消息收發(fā)等功能。

在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，面對(duì)各種檢測(cè)對(duì)象和大量控制單元，需要利用各種接口標(biāo)準(zhǔn)和MCU進(jìn)行連接，再經(jīng)過(guò)MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。而此時(shí)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)正是把MT8870、TC35 modem與AT32UC3A0512單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，順利的完成了本設(shè)計(jì)的要求。并且實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)型遠(yuǎn)程紅外遙控功能，為控制紅外家電和設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中,實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值守崗位的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

21世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。自從1876年，Alexander Graham Bell（貝爾）發(fā)明電話以來(lái)，世界各國(guó)的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速，近十年來(lái)，中國(guó)的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長(zhǎng)。1997年8月局用電話交換機(jī)總?cè)萘客黄?億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，2006年初固定電話用戶總數(shù)達(dá)到35539.2萬(wàn)戶，移動(dòng)電話用戶達(dá)到40407.2萬(wàn)戶，現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由程控交換機(jī)進(jìn)行交換傳輸，移動(dòng)通信也從模擬時(shí)代走向了高度數(shù)字化時(shí)代，它們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，而且可靠性非常高。

正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。

隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。

手機(jī)遠(yuǎn)程控制作為一較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進(jìn)行專門的布線。同時(shí)，由于手機(jī)各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的手機(jī)網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國(guó)家。另外手機(jī)屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用手機(jī)進(jìn)行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過(guò)各種提示音即時(shí)了解受控對(duì)象的有關(guān)信息，從而進(jìn)行進(jìn)一步的操作。手機(jī)遙控部分課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實(shí)驗(yàn)室階段，因而距離實(shí)際應(yīng)用，尤其是對(duì)于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現(xiàn)出手機(jī)遙控方式的雙工通信特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)正是針對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采取單片機(jī)智能控制，利用不同的提示音達(dá)到對(duì)于不同操作的提示及對(duì)受控方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時(shí)了解受控方信息，使產(chǎn)品達(dá)到交互式與智能化。

短信息服務(wù)（Short Message Service，SMS）是GSM（Global System for Mobile Comm unication）系統(tǒng)中提供的一種GSM終端（手機(jī)）之間，通過(guò)服務(wù)中心(service center)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來(lái)。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無(wú)需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，他對(duì)用戶的數(shù)量也沒(méi)有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。在此以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲(chǔ)蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無(wú)人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動(dòng)通信基站、微波站、光纖中繼站等）及其他無(wú)人值守點(diǎn)（如倉(cāng)庫(kù)、辦公樓等）監(jiān)控及城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來(lái)水、污水管網(wǎng)和熱力系統(tǒng) 、電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了Siemens公司新一代無(wú)線通信GSM模塊TC35是，它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

另外本系統(tǒng)應(yīng)用了當(dāng)前最熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在智能家居的終端控制設(shè)備和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上采用無(wú)線技術(shù)，準(zhǔn)備應(yīng)用zigbee或者rf模塊來(lái)達(dá)到無(wú)線化的理想家居環(huán)境。另外，智能樓宇在當(dāng)今也算是一個(gè)比較新興的市場(chǎng)，國(guó)務(wù)院在十二五中就提到了物聯(lián)網(wǎng)，也提到了智能家居的發(fā)展方向以及重點(diǎn)公關(guān)，相信智能家居和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)會(huì)在未來(lái)十年內(nèi)得到很大的發(fā)展。

而且，在中國(guó)，智能家居的發(fā)展時(shí)間雖不長(zhǎng)，但是從國(guó)內(nèi)家電巨頭及網(wǎng)絡(luò)巨子的紛紛出手試水智能家居市場(chǎng)以及許多國(guó)際大企業(yè)對(duì)國(guó)內(nèi)智能家居廠家并購(gòu)案可以看出，中國(guó)智能家居市場(chǎng)潛在著巨大商機(jī)。全國(guó)房地產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，小區(qū)智能化已成為一項(xiàng)基本要求，再配上智能家居，“全智能”的概念必然給房地產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的賣點(diǎn)和活力，因此“全智能”是二十一世紀(jì)房產(chǎn)開(kāi)發(fā)商力推的主題，這也意味著，我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展契機(jī)。

中國(guó)富有階層正在形成，該部分家庭戶均年收入在5.6萬(wàn)元以上，人口約4460萬(wàn)人，1400多萬(wàn)戶，占城市人口的10%，總?cè)丝诘?.5%，占全社會(huì)消費(fèi)購(gòu)買力總和6萬(wàn)億元的17%左右，因此主要針對(duì)這部分人的智能家居系統(tǒng)其市場(chǎng)總量為1400萬(wàn)套。正是在這種情況下，近兩年來(lái)，智能家居系統(tǒng)的銷售數(shù)量和總銷售額都呈現(xiàn)連續(xù)攀升的勢(shì)頭，智能家居市場(chǎng)從南方沿海地區(qū)和內(nèi)地大中型城市已經(jīng)輻射到西部地區(qū)。我國(guó)2009年智能家居市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到420億元，由于一系列向好因素的刺激作用，之后幾年市場(chǎng)規(guī)模增速將超過(guò)20%，2015年預(yù)計(jì)將達(dá)到1240億元。本項(xiàng)目正是居于此市場(chǎng)因素的考慮下，逐手組建智能家居終端控制系統(tǒng)的，因此具有較大的市場(chǎng)前景。

二、需求分析

2.1 功能要求

1.根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫濕度和光照度與預(yù)先設(shè)置的溫濕度和光照度，自動(dòng)通過(guò)調(diào)整百葉窗，PWM控制的LED日光燈，空調(diào)和加濕器來(lái)對(duì)屋內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，使得整體的環(huán)境達(dá)到最適宜狀態(tài)。

2.可以通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制家里的電器，用手機(jī)控制時(shí)候，通過(guò)語(yǔ)音芯片先前錄好的音，語(yǔ)音提示輸入密碼，輸入密碼正確后，會(huì)播放事前設(shè)置好的語(yǔ)音命令，例如空調(diào)請(qǐng)按1，電視請(qǐng)按2等，然后按進(jìn)入以后會(huì)有相關(guān)的關(guān)閉和開(kāi)啟提示，按下相應(yīng)的按鍵將可以控制家里的電器。

3.能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的防盜和報(bào)警功能，并能采取簡(jiǎn)單的處理，例如家里煤氣泄漏時(shí)候，能夠自動(dòng)檢測(cè)到，并且打開(kāi)抽氣機(jī)，并通過(guò)短信及時(shí)的報(bào)告屋主。能夠防止外來(lái)人入侵，實(shí)現(xiàn)熱釋電等來(lái)人檢測(cè)等。

4.能手動(dòng)控制家里的LED燈光的亮暗程度，可以通過(guò)PWM來(lái)控制整體的燈，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排，這也符合當(dāng)今時(shí)代倡導(dǎo)的環(huán)保。

5.在電腦端能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的控制和檢測(cè)功能，可以通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

1.該系統(tǒng)能夠預(yù)留未來(lái)可能需要用到的電器的接口

2.該手機(jī)遠(yuǎn)程控制器能夠方便使用和防止誤操作，能夠識(shí)別密碼和振鈴信號(hào)，只有輸入密碼正確的條件下才能對(duì)電器和系統(tǒng)控制?？梢詫?duì)密碼進(jìn)行修改，但修改必須經(jīng)過(guò)特殊手段，例如在控制臺(tái)端設(shè)置自鎖開(kāi)關(guān)，如果要修改密碼，必須將該開(kāi)關(guān)閉合，修改后，必須將該開(kāi)關(guān)斷開(kāi)才能正常工作。

3.該系統(tǒng)能夠滿足家庭用電安全，要求LED燈能夠進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，另外要求該系統(tǒng)在設(shè)備不用時(shí)候能夠關(guān)閉設(shè)備，防止耗電。

4.利用熱釋電等系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)代替門鈴等和部分防盜功能，要求有兩種模式，家里有人和家里無(wú)人模式，門磁開(kāi)關(guān)也一樣。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

本文利用AT32UC3A0512、MT8870、TC35 modem和各類家居傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成，即手機(jī)遠(yuǎn)程控制部分、控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM模塊TC35 modem與接口和電源部分。手機(jī)遠(yuǎn)程控制部分主要由MT8870和電壓檢測(cè)元件組成，它是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM模塊TC35 modem和控制單元完成報(bào)警等信號(hào)的處理和發(fā)送；電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。

3.1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.1.2遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)與分析

系統(tǒng)控制器由MT8870接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的DTMF信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理單元采集處理。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語(yǔ)音提示界面。手機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無(wú)人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能。為了符合智能化要求，系統(tǒng)采用AT32UC3A0512作為中央處理器。同時(shí)，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路。系統(tǒng)組成框圖如圖2.2-1示。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測(cè)電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF音頻解碼電路、語(yǔ)音提示電路、中央處理單元（AT32UC3A0512）、控制電路、電源電路等組成。

圖2.2-1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

圖3.2-3雙音頻解碼MT8870電路

圖3.2-4語(yǔ)言錄放電路

控制器通過(guò)手機(jī)耳機(jī)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制。

3.1.3傳感器信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析

1.防火災(zāi)發(fā)生煙霧傳感器

火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報(bào)警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電路設(shè)計(jì)時(shí)可以在背后設(shè)計(jì)專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時(shí)通過(guò)設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器，監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報(bào)警信號(hào)，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無(wú)人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器的靈敏度。本系統(tǒng)采用NIS-09C型煙霧傳感器。

2可燃?xì)怏w泄漏傳感器

通過(guò)設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無(wú)燃?xì)庑孤Ｈ缬腥細(xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，打開(kāi)窗戶進(jìn)行排氣，同時(shí)短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用TP-2高溫型一氧化碳傳感器報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警。

3防盜傳感器

防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門安裝門磁開(kāi)關(guān)，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝熱外釋傳感器。當(dāng)家中有人時(shí)，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān))設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(熱外釋傳感器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān))和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(熱外釋傳感器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過(guò)程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級(jí)和報(bào)警器的靈敏度。

4溫濕度傳感器

這里采用DHT-11型濕度傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的檢測(cè)

5屋內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器

通過(guò)設(shè)置在屋里的溫度傳感器，可以監(jiān)測(cè)到溫度有沒(méi)有超過(guò)設(shè)定值，如果超過(guò)了設(shè)定值，就自動(dòng)打開(kāi)吊扇或者通過(guò)學(xué)習(xí)型遙控裝置打開(kāi)屋里面空調(diào)，調(diào)節(jié)室溫，這里采用板上集成的溫度傳感器。

6屋內(nèi)亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器

通過(guò)設(shè)置在屋里的光照強(qiáng)度傳感器，可以監(jiān)控到屋里的光照強(qiáng)度，一旦屋里的光照強(qiáng)度在一定的范圍之外時(shí)候，通過(guò)控制百葉窗和屋里的照明燈裝置來(lái)調(diào)節(jié)屋里的光照強(qiáng)度，使屋內(nèi)光線在一個(gè)最合適的亮度,這里采用板上集成對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.4 GSM模塊的接口與設(shè)計(jì)

1 TC35模塊組成

Siemens公司的TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語(yǔ)音信道編碼。

2 TC35模塊通信電路

數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)校驗(yàn)位，可以在300bps～115kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為4.8kbps～115kbps（14.4kbps和28.8kbps除外）。TC35模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。

3 TC35模塊與MCU連接方式

單片機(jī)與TC35一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以TI公司的MAX3238芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信距離較短，紅外傳播的方向性對(duì)接口相對(duì)位置有要求。采用電纜連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)就會(huì)對(duì)手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)具有GPRS功能的GSM手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，GSM手機(jī)模塊主要是用來(lái)建立無(wú)線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來(lái)控制手機(jī)模塊，并且對(duì)收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國(guó)共有8種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。

3.1.4紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì)

1.紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想

對(duì)于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無(wú)法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對(duì)空調(diào)以及其他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開(kāi)關(guān)等，雖然紅外遙控在家電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見(jiàn)的萬(wàn)能遙控器只能對(duì)某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬(wàn)能”。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機(jī)對(duì)遙控器的發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號(hào)波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬(wàn)能”。也為整個(gè)控制器的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)用戶可以通過(guò)任意操作方式對(duì)這類家電進(jìn)行控制時(shí)，紅外插座或開(kāi)關(guān)會(huì)向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙控指令，從而控制電器的運(yùn)行狀態(tài)。

2紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實(shí)現(xiàn)。集中各設(shè)備的方法是首先對(duì)各設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)，然后在需要時(shí)進(jìn)行還原，以控制對(duì)應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與還原的核心部分，紅外接收部分由CX20106解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射部分有紅外發(fā)光管極其驅(qū)動(dòng)部分組成。

通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)。PWM碼以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。PPM碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。

遙控編碼脈沖信號(hào)（以PPM碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平上有一定的區(qū)別），用來(lái)標(biāo)志遙控編碼脈沖的開(kāi)始。系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來(lái)指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對(duì)傳輸過(guò)程中是否產(chǎn)生差錯(cuò)。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38KHz（周期為26.3ms）的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。

由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測(cè)量。雖然它的二進(jìn)制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級(jí)的，因而，采用單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)測(cè)量它的脈沖寬度，然后存儲(chǔ)，還原是完全可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際證明這種思路是可行的，而且電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)關(guān)系并且存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。

圖3.5-1  紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì)

圖3.5-2  紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計(jì)

3.1.5電源電路設(shè)計(jì)

1． 5V開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對(duì)且對(duì)5V電源的要求比較高，其中TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A,故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換,作為對(duì)TC35終端和其他5V單元的供電。必須特別注意的是,如圖3.3-1由LM2576芯片完成開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容,以提高儲(chǔ)能的能力,達(dá)到單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。

圖3.3-1  5V開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

2 其他電源穩(wěn)壓器電路

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還涉及到傳感器信號(hào)采集與信號(hào)放大，其中放大器等部分需要用到±12V電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了7812/7912三端穩(wěn)壓IC提供的±12V電源，如圖3.3-2由220V的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經(jīng)過(guò)全橋整流變成脈動(dòng)直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動(dòng)直流電經(jīng)4700u電解電容和0.1u瓷片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出±12V直流電壓，±12V直流電再由2200u和0.1u電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的±12V直流電壓，給模塊供電源。

圖3.3-2  ±12V電源穩(wěn)壓器電路

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

硬件平臺(tái)選用2011 ATMEL AVR 校園設(shè)計(jì)大賽提供的EVK1105，它具有光照傳感器，而且是基于AT32UC3A0512的一款開(kāi)發(fā)板和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有較高的主頻率，且?guī)в幸粋€(gè)彩色液晶屏，而且?guī)в衱ifi接口和usb，網(wǎng)絡(luò)接口，符合本設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)主要選用了操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)初步方案選定為uC-OS II 或者Free RTOS，然后在上面編寫相應(yīng)的程序，通過(guò)操作系統(tǒng)，使得整體的硬件資源集成在一起，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度，另外在該系統(tǒng)中選用GUI圖形界面，使得顯示可以更加的人性化，并且根據(jù)實(shí)際情況可以增加觸摸屏等功能。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運(yùn)行流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制家里電器，可以自動(dòng)根據(jù)環(huán)境的溫濕度和光照度自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)的環(huán)境，此外還帶有手動(dòng)智能調(diào)節(jié)室內(nèi)LED燈光照度的強(qiáng)弱，具有簡(jiǎn)單的防盜和氣體泄漏報(bào)警功能，可以在電腦端監(jiān)測(cè)和控制家里的電器，帶有網(wǎng)絡(luò)功能一個(gè)智能家居系統(tǒng)

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