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智能家居控制系统的设计

发布时间:2018-05-09 11:33:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:智能家居 远程监控 家庭网络终端 信息控制终端
    
    1引言
    
    随着科技的不断进步,人们的生活品位也在逐步升级。曾经在动画片、科幻片才会有的远程监控的智能家居系统已成为现实。智能家居与普通家居相比较,不仅提供传统的居住功能,还可以实现家电设备、水、煤气等管道阀门的远程控制,甚至可以对室内现场信息进行监视,使授权用户随时能了解室内情况,极大的提供了安防保障。因此高效率低成本的智能家居系统便成为信息化21世纪的热点话题。
    
    2系统概述
    
    智能家居系统一般可以分为三个层次,即:小区业务管理中心、家庭网络终端、家庭总线系统。其中家庭网络终端是家庭总线系统与小区业务管理中心及外部通信的纽带,家庭智能网络能否及时与外界通信将直接受其影响,因此家庭网络终端成为智能家居系统设计的核心部分。系统总体结构框图如图1。
    
    作为智能家居系统的另一组成部分信息控制终端,即家电控制设备以及水煤气等安防设备通过模块化设计后挂接在家庭总线系统上从而实现与外界通信的目的。
    当该系统正常工作时,用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问,以实现家居的远程控制;当家中有意外发生时,相应传感器采集到的信息触发信息控制终端,将报警信息通过家庭总线系统发往家庭网络终端,及时拨通预先存储的授权用户号码以采取相应措施解决险情。
    
    3智能家居系统的硬件设计与实现
    
    智能家居系统是一个庞大而且复杂的系统,涉及到了多种高技术含量如计算机技术、通信技术、智能控制等技术。如图1所知,本系统硬件设计从两方面入手,一是家庭网络终端,它是智能家居系统与外界通信的核心部分;二是信息控制终端,它是各种家电设备的控制核心。
    3.1 家庭网络终端的硬件组成
    家庭网络终端主要由一个微处理器和多种接口电路组成。目前家庭网络终端通用32位ARM微处理器和CLinnux等嵌入式操作系统,这种结构功能强大,信息交换速率高,但成本也非常高;但8位的8051存储容量又较小,时钟频率较慢。因此本设计选用了凌阳SPCE061A作为核心处理器,其硬件结构如图2。
    
    SPCE061A内置2KSRAM,32KFLASH,具有强大的处理能力能满足设计要求,故选用其作为控制核心。由于家庭网络终端需要与多种通信介质与外界通信,而SPCE061A只有一个串口,因此需要进行串口扩展。串口扩展的方法有很多种,若采用时分复,虽然成本低,但只适合于数据量不大的场合,实时性差;若采用软件模拟法,则需要占用CPU时间。因此本设计中直接采用成都国腾微电子有限公司的GM823串口扩展芯片,如图2所示,扩展后的3个串口就可以与以太网、家庭网络总线,电话网通信了。
    电话网接口通过双音频编解码芯片MT8880完成电话的接入控制,将来自PSTN网络的信号通过解码转换成单片机可以识别的控制信号,根据语音提示进行按键选择实现相应的控制功能;当有意外情况发生时,则利用PSTN网络向外界报警。此模块中还包括振铃检测技术与摘挂机控制电路。当系统被呼叫时,电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3v的正弦波,失真小于10%,电压有效值为90±15v。振铃信号以5秒为周期,即1秒送,4秒断。由于振铃信号电压比较高,所以先要通过高压稳压二极管进行降压,然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后,从光耦输出时通时断的正弦波,最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数,以实现对铃流的检测。在检测铃流信号时,以5次铃响为准,若5次振铃后无人摘机,系统便进入自动模拟摘机过程。语音录放电路采用美国ISD公司生产的一种语音录放芯片ISD4004。它可录制8~16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口,其语音的录放控制均通过单片机来实现,用户可以通过语音提示进行身份验证和远程控制。
    以太网接口通过全双工以太网控制器RTL8019AS并结合微处理器W78E58完成与单片机的通信。SPCE061A内置看门狗电路,在程序跑飞或者死机时,能及时有效地使系统复位以使系统恢复正常状态。
    3.2 信息控制终端的硬件组成
    该模块依然采用SPCE061A作为控制核心。将来自Internet或PSTN的控制信息通过单片机驱动电器控制电路去控制相应的家电;当有危险情况发生时,信号调理电路完成对传感器采集信号的处理和转换后发送给单片机,单片机将接收到的信号进行判别,并通过家庭总线系统触发家庭网络终端的单片机结合摘挂机电路控制电话机拨通预先存储的号码,实现向外界报警。信息控制终端的硬件组成如图3。
    
    
    4 系统软件设计
    
    系统软件部分主要由家庭网络终端程序组成。主要流程为:系统初始化;振铃检测计数,当计数大于5时系统模拟摘机;信号音提示输入密码进行身份识别,密码正确提示按键操作,不正确则重新输入当大于规定次数仍不正确则系统自动挂机;根据按键输入通过MT8880转换成单片机可以识别的命令从而实现电器控制等。单片机通过软件程序实现对外部信息进行采集、分析和决策。另一组成则是通过Internet 网络完成用户的控制功能的通讯程序,分为服务器和客户端两个程序。服务器程序主要完成客户端与家庭网络终端通讯的中转, 即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成该系统能识别的格式, 或者将系统收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket 与客户端进行Internet 通讯。客户端程序是运行在远端用户的控制界面, 主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制,同时使客户端直接连接到服务器。
    
    5 结语
    
    随着计算机技术、电信业和网络的不断发展,通过现有的因特网和PSTN实现远程控制越来越普遍。该系统能够达
    到设计初期的各项要求,且接口简单,成本低。但要在众多智能家居系统中具有强大的竞争力就必须在其功能上进一步完善,如可以实现视频服务、远程抄表等功能。下一步将在此设计基础上进行该系统的功能扩展和性能优化。
    
    参考文献:
    [1]陈良银,黄彦辉,邓丽华等家庭网络终端的设计与实现[J].西南民族大学学报,2004,30(6):826-829.
    [2]黄涛,褚淑杰基于红外通信的智能家居系统[J] .微计算机技术 2005,21(1):140-142
    [3]陈曦智能家居控制系统的设计与实现[J]. 国外电子元器件 2003,11:5-7.
    [4]李华,孙晓民,李红青等. MCS251 系列单片机实用接口技术. 北京:航空航天大学出版社,1993.8(1) :1-532
    [5]单片机远程控制系统[J] .http://www.siway.com.cn/contan/web/mcustudy/tel-control.htm2006年9月6日□

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