智能家居控制系統(tǒng)設計方案

文章出處：http://www.fang1.net 作者：中國一卡通收錄   人氣： 發(fā)表時間：2011年12月20日

　　21世紀是信息化的世紀，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步。智能家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時候、任意地點對家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機）進行遠程控制；可以在下班途中，預先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……而這一切的實現(xiàn)都僅僅是輕輕的點幾下手機按鍵或鼠標。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報警、遠程監(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一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，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)境進行方便的控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。

　　1 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)絡的用于智能家居環(huán)境中的一種遠程自動控制系統(tǒng)。其工作原理為：用戶通過自身的手機發(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（單片機），主機通過對命令的處理，把命令通過紅外傳輸?shù)较鄳姆謾C（單片機）上，分機對命令處理后，啟動相應設備，完成用戶給出的命令并向主機回復應答，主機收到應答后，通過GSM 模塊發(fā)出回復短消息，報告用戶完成命令。若在規(guī)定的時間內(nèi)（這里定時60s）主機沒有接收到分機的回復信息，即把該操作認為無效，回復操作無效短消息給用戶手機，要求用戶重新發(fā)出命令。若收到的短信息有誤，主機便立刻回復用戶該操作無效，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 硬件設計

　　2.1 MCU與GSM 通信模塊

　　本單片機通過RS232串行通信接口與GSM 模塊通信，提取GSM 設備的短信，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，達到主、分機之間的通信，因此，選用AT89S52芯片?？刂粕闲枰玫絻蓚€串行接口，但89S52只有一個串口，故還需要在程序中進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。

　　單片機啟動后，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)進行處理，處理完畢后再把該空間數(shù)據(jù)刪除。當單片機向手機發(fā)出短消息時，單片機會向GSM 模塊發(fā)出AT、AT+CMGF=0、AT+CMGS=X一系列的指令，當接收到回復信息后，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，當接收器收到數(shù)位"O"時，Q2管導通，使得RXD接收到低電平，收到數(shù)位"1"時，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。如圖5所示，當分機的單片機收到本機的地址信息，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管導通，電機便正向旋轉(zhuǎn)，若把P0.2,P0.3腳置成低電平，其他為高電平，則Q5、Q6管導通，電機便反向旋轉(zhuǎn)（以前一情況為正向時）。若一臺分機上連多個電機，有多臺分機，便可以實現(xiàn)在智能家居環(huán)境中對家庭各個設備的同步控制。 

　　圖5 電機驅(qū)動電路 

　　3 軟件設計

　　3.1 單片機主程序設計

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

　　圖6 主程序流程圖。

　　分機上電復位后進行初始化，然后等待接收主機發(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，若為本分機地址，則對數(shù)據(jù)進行處理并作出響應，同時向主機發(fā)送確定信息；若非本分機地址，則返回，繼續(xù)等待主機發(fā)送的命令信息。分機主程序流程圖如圖6（b）所示。

　　3.2 中斷程序設計

　　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叫院蛯崟r性。每接收一位數(shù)據(jù)，中斷都會響應一次，接收8位為一個有效數(shù)據(jù)，接收8個數(shù)據(jù)為一個數(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。

　　為了確保主機正常工作。加入主機等待分機回復的等待時間。而為了時間的實時性和準確性，用到單片機內(nèi)部的定時器1.設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60s到時，標志位置位后返回。時間中斷流程圖如圖7（b）所示。

　　4 結(jié)論

　　本系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定。同時本系統(tǒng)除用于家庭設備遠程自動控制外，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)。