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基于嵌入式的智能家居控制设计.doc
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基于嵌入式的智能家居控制设计.doc
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基于嵌入式的智能家居控制系统设计
二 设计要求
人们可以通过手机或电话在任何时候、任意地点对家中的任意电器(空调、热水器、
电饭煲、灯光、音响、DVD 录像机)进行远程控制;也可以在下班途中,预先将家中的
空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……;而这一切的实现都
仅仅是打一个简单的电话。此外,该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监控等多种
功能,如果不幸出现某种险情,您和 110 可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。
舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志,智能家居控制系统能够在不改变家中任何家
电的情况下,对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制,使人们尽享高科
技带来的简便而时尚的现代生活。
三 设计的作用目的
智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网
络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通
过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有
传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止
结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信
息交换畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性,
甚至为各种能源费用节约资金。
四 设计方案
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4.1 系统总体设计
图 4.1-1 系统工作流程
4.2 单片机控制部分
本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用,其特点是体积小,成本低,
功能强,功耗低,是微机应用产品化的最佳机种之一,它已广泛地应用在产品智能化和
工业自动化上。而把单片机面向工控领域对象,嵌入到工控应用系统中,实现嵌入式应
用的计算机称之为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统。嵌入式系统一般分为四种:工
控机,通用 CPU 模块,嵌入式微机处理,单片机。嵌入式系统具有以下特点:
(1)面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作,伺服驱动等。
(2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。
(3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。
(4)突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能
的指令系统(I/O 控制、位操作和转移指令等)。
单片机有惟一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统,最能满足嵌入
式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统,能满足面对
控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求,是发展最快、
品种最多、数量最大的嵌入式系统。
火 灾 烟 雾
传感器
可 燃 气 体
传感器
扩展信号
A/D
转换
放大、
整形
放大、
整形
单 片 机 信
号 分 析 处
理
短信息发送
红 外
学习
光 电
隔离
功 率 器
件
程控交换信令
执行器件
LCD 显示
门 窗 磁 信
号
电 压
转 换
RS232
PC 机
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4.3 远程控制设计
4.3.1 控制系统设计
系统控制器由 MT8870 接收远端发送来的 DTMF 信号、并对其进行解码,解码后的信
号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面。电话远程
控制系统一般工作在无人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能。为了符合
智能化要求,系统采用 SM8952AC25P 作为中央处理器。同时,电话远程控制系统正常工
作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。系统组成框图如图 2.2-1 示。由图可知,
系统主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF 音频解码电路、语音提示电路、中央
处理单元(SM8952AC25P)、控制电路、电源电路等组成。
图 4.3-1 远程控制系统
控制器并联于电话机的两端,不会影响电话机的正常使用。用户通过异地电话拨通
控制器所连接外线的电话号码,通过程控交换机向电话机发出振铃信号。控制器检测到
六次振铃后,即六次响铃后无人接听时电话自动摘机,进入密码检测阶段,输入正确密
码后选择被控电器,然后输入开或关密码遥控被控电器,完成后返回。
4.4 传感器信号采集设计
4.4.1 防火灾发生传感器
如有火灾发生控制器发出声光和短信报警信号,通知家人及小区物业管理部门。家
庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况,调节感温探测器和感烟探测器的灵敏
度。本系统采用 NIS-09C 型烟雾传感器。
电源电路
语音提示
控制电路
SM8952A
C25P 单
片机
振 铃
检测
模 拟
摘机
DTMF 解码
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4.4.2 可燃气体泄漏传感器
如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号,并联动关闭燃气管道上的电磁阀,同
时短信通知家人及小区物业管理部门。这里采用 TP-2 高温型一氧化碳传感器报警器需
在一氧化碳浓度达到设定制值时系统应启动报警。
4.4.3 防盗传感器
4.4.4 信号采集设计
传感器是将外界信息转换成电信号的装置,其中的电信号包括数字信号和模拟信号,
数字信号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理,模拟信号则利用数
据采集系统将多路被测量值转换成数字量,再经过单片机或微型计算机进行数据处理,
实现实时测控。
4.5 GSM 模块的接口与设计
4.5.1 TC35 模块组成
Siemens 公司的 TC35 模块主要由 GSM 基带处理器、GSM 射频 模块 、供 电模 块
(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口六部分组成。作为 TC35 的核心,基带处理器主要
处理 GSM 终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。
在不需要额外硬件电路的前提下,可支持 FR、HR 和 EFR 语音信道编码。
4.5.2 TC35 模块通信电路
数据通信电路主要完成短消息收发、与微机机通信、软件流控制等功能。TC35 的数
据接口采用串行异步收发,符合 ITU-T RS-232 接口电路标准,工作在 CMOS 电平
(2.65V)。数据接口配置为 8 位数据位、1 位停止位、无校验位,可以在 300bps~115kbps
的波特率下运行,支持的自动波特率为 4.8kbps~115kbps(14.4kbps 和 28.8kbps 除
外)。TC35 模块还支持 RTS0/CTS0 的硬件握手和 XON/XOFF 的软件流控制。
4.5.3 TC35 模块与 MCU 连接方式
单片机与 TC35 一般采用串行异步通信接口,具有红外和通信电缆两种连接方式其
中电平转换及串口通信功能以 TI 公司的 MAX3238 芯片为核心,通信速度可设定,通常
为 19200bps。采用红外接口的优点是单片机系统与手机电气隔离,相互不干扰,接口各
自独立,使用方便;缺点是通信距离较短,红外传播的方向性对接口相对位置有要求。
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采用电缆连接时,数据传输的可靠性较好;其主要缺点是接口的电气参数不兼容,设计
不当时就会对手机的通信质量产生影响。这个单片机系统其实就是一个具有 GPRS 功能
的 GSM 手机模块加上单片机控制系统,GSM 手机模块主要是用来建立无线信道,接收和
发出短消息。单片机系统用来控制手机模块,并且对收到的短消息信息进行解释并执行,
目前全国共有 8 种短消息格式包含从互联网平台发出的短消息。本系统采用通信电缆的
连接方式。
4.6 红外学习遥控设计
经过充分的论证和研讨,本系统采用各设备集中控制的方式实现。集中各设备的方
法是首先对各设备的红外遥控信号进行识别并存储,然后在需要时进行还原,以控制对
应设备动作。由单片机构成集中控制器,它是自学习与还原的核心部分,红外接收部分
由 CX20106 解调电路或一体化红外接收头组成,发射部分有红外发光管极其驱动部分组
成。
通常,红外遥控器将遥控信号调制在 38KHz 的载波上,经缓冲放大后送至红外发光
二极管,转化为红外信号发射出去。二进制脉冲码的形式有多种,其中最为常用的是 PWM
码(脉冲宽度调制码)和 PPM 码(脉冲位置调制码)。PWM 码以宽脉冲表示 1,窄脉冲表示
0。PPM 码脉冲宽度一样,但是码位的宽度不一样,码位宽的代表 1,码位窄的代表 0。
五 系统硬件设计
5.1 MCU SM8952AC25P 简介
5.2 双音多频收发器 MT8870 简介
MT8870 是一种带呼叫进展过滤器的单片双音多频收发器。它包括一个带增益可调放
大器的 DTMF 接收器和一个 DTMF 发送器。其中滤波电路采用高频群和低频群两个六阶开
关电容带通滤波器,解码采用数字计数器技术来确定输入的 DTMF 音调的频率,并将其
译成标准的四位二进制码。发送器采用开关电容 D/A 变换器。片内使用了一个脉冲计数
器,能合成精确的音调脉冲,保证音调脉冲准确的定时发送。MT8870 提供了一个标准的
微处理器总线接口,可以直接与 MCS-51 系列 MCU 和微机接口。它还可以选用呼叫进展
方式工作,通过呼叫进展滤波器来检测特定通带内的信号频率,供微处理机或计数器电
路分析,以确定检测到的呼叫进展音的性质。它从接收端接收来自电话机的双音多频脉
冲信号该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器,滤除拨号音信号,然后经前置放大
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