智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：中國一卡通收錄   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年12月20日

　　21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種通信和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。智能家居控制系統(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(shí)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；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)幾下手機(jī)按鍵或鼠標(biāo)。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報(bào)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(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。舒適、時(shí)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，家內(nèi)家外（在家內(nèi)通過無線局域網(wǎng)，在家外通過電信或互聯(lián)網(wǎng)）都能對家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便的控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時(shí)尚的現(xiàn)代生活。

　　1 智能家居系統(tǒng)控制的工作原理

　　本系統(tǒng)是基于紅外和GSM 網(wǎng)絡(luò)的用于智能家居環(huán)境中的一種遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)。其工作原理為：用戶通過自身的手機(jī)發(fā)出命令短消息，在家值守的GSM模塊接收到命令后發(fā)送給主機(jī)（單片機(jī)），主機(jī)通過對命令的處理，把命令通過紅外傳輸?shù)较鄳?yīng)的分機(jī)（單片機(jī)）上，分機(jī)對命令處理后，啟動相應(yīng)設(shè)備，完成用戶給出的命令并向主機(jī)回復(fù)應(yīng)答，主機(jī)收到應(yīng)答后，通過GSM 模塊發(fā)出回復(fù)短消息，報(bào)告用戶完成命令。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（這里定時(shí)60s）主機(jī)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息，即把該操作認(rèn)為無效，回復(fù)操作無效短消息給用戶手機(jī)，要求用戶重新發(fā)出命令。若收到的短信息有誤，主機(jī)便立刻回復(fù)用戶該操作無效，請求重新發(fā)出命令。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。 

　　圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 MCU與GSM 通信模塊

　　本單片機(jī)通過RS232串行通信接口與GSM 模塊通信，提取GSM 設(shè)備的短信，發(fā)送相關(guān)的信息，并通過串行通信接口與紅外模塊相連，利用紅外模塊，達(dá)到主、分機(jī)之間的通信，因此，選用AT89S52芯片?？刂粕闲枰玫絻蓚€(gè)串行接口，但89S52只有一個(gè)串口，故還需要在程序中進(jìn)行模擬串行接口通信。其最簡外部接線電路如圖2所示。 

　　圖2 AT89S52外部接線

　　89S52與TC35之間通過異步串行接口進(jìn)行通信，通信速率為9 600b/s,具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。

　　單片機(jī)啟動后，便發(fā)出AT+CMGD一2指令，清除第二存儲空間的數(shù)據(jù)，然后不斷地發(fā)出指令讀取第二存儲空間。若有數(shù)據(jù)，即表示接收到數(shù)據(jù)，并開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完畢后再把該空間數(shù)據(jù)刪除。當(dāng)單片機(jī)向手機(jī)發(fā)出短消息時(shí)，單片機(jī)會向GSM 模塊發(fā)出AT、AT+CMGF=0、AT+CMGS=X一系列的指令，當(dāng)接收到回復(fù)信息后，最后發(fā)出短消息的內(nèi)容。 

　　2.2 紅外無線通信模塊

　　紅外發(fā)送器電路如圖3所示包括38kHz晶體振蕩器、反相器、與非門、驅(qū)動門Q1和紅外發(fā)射管D1等部分。其中38kHz晶體振蕩器、電阻R3和反相器組成脈沖振蕩器，用以產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號，紅外發(fā)射管D1選用Vishay公司生產(chǎn)的TSAL6238,用來向外發(fā)射950nm 的紅外光束。 

　　圖3 紅外發(fā)射器電路圖。

　　紅外接收器電路如圖4所示，當(dāng)接收器收到數(shù)位"O"時(shí)，Q2管導(dǎo)通，使得RXD接收到低電平，收到數(shù)位"1"時(shí)，Q2管截至，RXD接收到高電平。 

　　圖4 紅外接收器電路圖

　　2.3 模擬控制

　　本系統(tǒng)將以不同的電機(jī)做出不同的動作，來模擬說明智能家居對系統(tǒng)控制的響應(yīng)。如圖5所示，當(dāng)分機(jī)的單片機(jī)收到本機(jī)的地址信息，便提取信息中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的命令，若把P0.0,P0.1腳置成低電平，其他為高電平，則Q3、Q4管導(dǎo)通，電機(jī)便正向旋轉(zhuǎn)，若把P0.2,P0.3腳置成低電平，其他為高電平，則Q5、Q6管導(dǎo)通，電機(jī)便反向旋轉(zhuǎn)（以前一情況為正向時(shí)）。若一臺分機(jī)上連多個(gè)電機(jī)，有多臺分機(jī)，便可以實(shí)現(xiàn)在智能家居環(huán)境中對家庭各個(gè)設(shè)備的同步控制。 

　　圖5 電機(jī)驅(qū)動電路 

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)

　　主機(jī)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化，然后不斷地對GSM模塊進(jìn)行掃描查詢。當(dāng)查詢到GSM 模塊接收到用戶發(fā)送的短信時(shí)，便對短信進(jìn)行處理，提取相關(guān)信息，然后通過紅外模塊相分機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令數(shù)據(jù)。接著就在一定時(shí)間（可根據(jù)用戶需要調(diào)整，這里設(shè)為60s）內(nèi)等待分機(jī)的回復(fù)信息。當(dāng)接收到回復(fù)信息或規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息，主機(jī)都返回到掃描查詢狀態(tài)。主機(jī)主程序流程圖如圖6所示。 

　　圖6 主程序流程圖。

　　分機(jī)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化，然后等待接收主機(jī)發(fā)送的命令信息。接收到命令信息后，從中提取地址和數(shù)據(jù)信息，若為本分機(jī)地址，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作出響應(yīng)，同時(shí)向主機(jī)發(fā)送確定信息；若非本分機(jī)地址，則返回，繼續(xù)等待主機(jī)發(fā)送的命令信息。分機(jī)主程序流程圖如圖6（b）所示。

　　3.2 中斷程序設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)需要模擬串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，所以需要用上外部中斷來接收數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院蛯?shí)時(shí)性。每接收一位數(shù)據(jù)，中斷都會響應(yīng)一次，接收8位為一個(gè)有效數(shù)據(jù)，接收8個(gè)數(shù)據(jù)為一個(gè)數(shù)據(jù)幀。外部中斷流程圖如圖7（a）所示。 

　　圖7 中斷程序流程框圖。

　　為了確保主機(jī)正常工作。加入主機(jī)等待分機(jī)回復(fù)的等待時(shí)間。而為了時(shí)間的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，用到單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器1.設(shè)定其工作模式為模式1,初值為Ox4bff（5Oms）。中斷20次為1s,60次循環(huán)為60s,當(dāng)60s到時(shí)，標(biāo)志位置位后返回。時(shí)間中斷流程圖如圖7（b）所示。

　　4 結(jié)論

　　本系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定。同時(shí)本系統(tǒng)除用于家庭設(shè)備遠(yuǎn)程自動控制外，也可用于家庭通信、家庭安全防范，共同組建智能家居控制系統(tǒng)。