分享一种不错的基于公共交换电话网的智能家居系统的总体方案

　　分析了智能家居的相关威廉希尔官方网站 现状，提出了一种基于公共交换电话网的智能家居系统的总体方案，阐述了该系统的工作原理及软硬件的设计方法与过程。 该系统利用计算机和红外遥控等威廉希尔官方网站 实现了一个智能化的窗帘机构，采用双音多频信号进行信息的传输，实现了家居的安全防护和家电的远程控制。 经过调试与检测证明，该系统具有性能可靠、功能丰富、易于使用等特点，具有广泛的实用价值。
　　近年来，计算机威廉希尔官方网站 的不断发展和信息化程度的不断提高，为智能家居系统的研究与开发提供了坚实的威廉希尔官方网站 平台。 通常把智能家居定义为一个整体，即利用先进的计算机威廉希尔官方网站 、网络威廉希尔官方网站 ，以及综合布线威廉希尔官方网站 ，通过家庭信息管理平台，将与家居生活相关的各个部分有机结合成一个特殊的集成系统。 伴随着智能家居功能的不断细化，其概念逐步得到延伸，更多地考虑到了居民对住宅环境性能的全方位要求。 因此，现阶段的智能家居系统已从原先以智能化为重心的产品，转变为一个具备以下条件的集成系统：首先，要在家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家电和设备的控制与监测；其次，所有家电和设备都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与外部世界的信息交流，满足远程控制、监测和交换信息的需求；最后，要满足人们对家居安全、舒适、方便、高效和环境保护的需求。
　　智能家居系统的控制命令与信息的传输可以通过2种途径实现：无线传输方式和有线传输方式。 随着经济实力的日益增长，高速、可靠的公共电话网络（ PSTN）已经覆盖了绝大多数的地区和家庭，有线电话线上的双音多频（DTMF）信号除了用于建立通话连接外，也可广泛应用于数据通信，且具有较强的抗干扰能力，所以利用公话网络实现家居设施的控制在威廉希尔官方网站 上是完全可行的。 与采用无线通信方式相比，采用公话网不需进行专门的布线，也不占用无线电频率资源，基本上没有电磁污染，也无需大量的额外投资；而与采用有线IP网络（ Internet）的通信方式相比，采用公话网的通信方式则具有更高的安全性和实时性。 因此，基于公用电话网络的智能家居方案在威廉希尔官方网站 的可行性和成本的经济性等方面具有一定的优势，研究开发一种基于公话网的智能家居系统具有较大的现实意义。
　　1 系统的总体研究
　　1. 1 系统的功能需求
　　家居系统的功能需求主要包括舒适宜人的家庭生活空间、家居的安全防护（以下简称安防） 、家用电器的远程监控等内容，因此，基于公话网的智能家居系统可以设置以下功能：
　　1） 窗帘的智能化控制，包括遥控器控制， 定时开合控制， 光控、雨控等人性化的自动控制等。
　　2） 家居的安全监控与报警，主要包括燃气（煤气、天然气、液化器）泄漏监控， 窗幕探测器监控， 门磁偶合监控。
　　3） 家用电器的远程控制。 在远端拨入住宅电话号码，延时若干秒后系统自动接通，用户首先输入密码，然后再输入操作指令，即可对家用电器设备进行远程控制。 操作过程中将给出必要的语音提示。
　　1. 2 系统的总体方案
　　根据系统的功能设置，结合计算机威廉希尔官方网站 、自动控制威廉希尔官方网站 和通信威廉希尔官方网站 的特点与要求，可将整个系统划分为环境与安防检测、控制，以及设备驱动等三大部分。 环境与安防检测部分由光照、雨水、燃气检测器及窗幕、门磁探测器等传感检测器组成。 控制部分主要由主控模块（也称主控板）和安防报警与家电控制模块（也称报警与控制板）构成，其中主控板负责智能窗帘的控制和安防报警信号的采集。 报警与控制板完成自动电话拨号、报警、提示语音的录放，以及电话号码和家电控制操作码（密码与指令码）的存储、查询与修改。 系统结构如图1所示。
　　
　　图1 系统的整体结构
　　2 系统硬件设计
　　本系统力求使用性价比高的电路芯片实现各项功能，经过威廉希尔官方网站 分析，主控板和报警与控制板均以MCU （微控制器） 为核心，采用Atmel 公司的AT89S52单片机。 这种单片机是一种低功耗、高性能的8位微控制器，内嵌8K可编程Flash 存储器，属于MCS单片机产品系列，已为众多嵌入式系统所选用。 窗帘遥控器的MCU则采用该系列中贴片式MCS89C2051 单片机，以满足体积与功耗的要求。
　　2. 1 主控模块
　　主控模块主要包括MCU及外围电路、窗帘电机控制电路、窗幕探测（红外感应）处理和燃气检测处理等单元电路，以及MCU与光照、雨水、门磁等传感器、报警与控制板的接口，如图2所示。
　　
　　图2 主控模块的电路结构
　　1） MCU及外围电路。 主要包括MCU （89S52）、时钟电路、ISP在线编程电路（COM）及遥控器信号接收单元（ IR） ，电路如图3所示。 连接器J4用于接收由环境监测和安防传感器及处理电路发送的状态信息， J5主要用于向报警与控制板发送各类报警请求。
　　
　　图3 MCU及外围电路
　　2） 电机控制电路。 为了实现窗帘的电动控制，选用可正反双向转动的低速交流同步电机，由市电220V 供电。 电机转动最大行程的机械控制装置与电机一起封装在窗帘电机盒内，安装时可根据窗帘的尺寸来设置。 窗帘电机的控制电路如图4所示。
　　
　　图4 窗帘电机控制电路
　　ACL和ACN分别为AC220V交流电的火线、零线，由MCU的P13 和P14端口对继电器J5和J6进行控制，“1”电平为动作，“0”电平为释放。 J5动作、J6释放则电机正转； J6动作、J5释放则电机反转； J5和J6都不动作，则电机不转。
　　2. 2 安防报警与远程控制模块
　　该模块主要包含MCU及外围电路、与公话网相连的接口电路、电话振铃的检测电路、信号音的检测电路、电话号码和远程控制操作码的收发电路、报警和提示语音的录放电路、LCD显示电路和键盘电路（16键）等，如图5所示。
　　
　　1） MCU及外围电路。 主要包括MCU、时钟电路和串行FLASH存储器。 该存储器用来预存报警时自动拨打的电话号码（如主人手机、办公室座机、110等）和家电远程控制的操作码，选用容量为256字节的AT24C02， 采用I2 C总线结构与MCU的端口进行连接。
　　2） 电话接口及振铃检测电路。 主要包括电话的摘机电路，音频偶合变压器（用于信号音、报警及提示语音、DTMF信号与电话外线的偶合） ，以及振铃检测电路，如图6所示。
　　
　　图6中SIGN为音频偶合变压器与信号音检测电路的接口， TONE 为双音多频（DTMF）号码收发电路的接口， SP +与SP–为语音播放电路的接口。
　　摘机电路：由MCU 控制继电器JP1 来实现。
　　当MCU的P36端口送出高电平时，三极管Q1导通，继电器JP1动作， JP1的接点7和8与电话外线相连，并通过R2等元件构成摘机回路；当P36端口送出低电平时，则摘机回路断开，回到挂机状态。
　　铃流检测电路：用于家电的远程控制。 电话振铃信号是40 ±15 V /25 Hz的正弦波。 当该信号到来时， 电话线路上的正弦波信号叠加在直流电压上变成90 ±15 V 电压， 经过整流后击穿稳压管D6再驱动光电耦合器Q2，从Q2的C极输出方波信号送至MCU的INT0中断口，累计振铃次数，达到预定次数MCU则控制自动摘机，进行家电的远程控制处理。
　　3） 信号音检测电路。 主要由信号音专用检测芯片CR6230来完成，其信号输入管脚SIGN与音频变压器的管脚4相连，可准确识别电话线路的拨号音、回铃音、忙音、催挂音等各种信号音，其状态通过4个管脚输出，再连至MCU的端口。 MCU只需读取端口即可。
　　4） 号码和操作码的收发电路。 主要完成电话号码的发送（拨号）及远程控制操作码的接收（收号）。 由于公共电话网上的号码与信令都是以DTMF制式来传输的，所以决定采用M ITEL 公司的DTMF收发专用集成电路MT8880，如图7所示。 该元件的DTMF 信号的输入（ IN - ） /输出（ TONE）端通过外围放大电路与音频变压器的第2管脚相连，号码的二进制数据通过管脚D3、D2、D1、D0与MCU的I/O端口相连，从而使拨号号码的DTMF信号可上传到电话线路，远端送到电话线路上的DTMF信号也可被译码成远程控制操作码由MCU读取。
　　
　　图7 DTMF信号的收发电路。
　　3 系统软件设计
　　本系统的软件程序包括主控程序，安防监控报警程序，定时、红外遥控信号的接收程序，振铃、拨号、收号等中断处理程序，家电远程控制程序，以及遥控器的信号发射程序等， 主要采用C语言设计。 由于篇幅所限， 这里只给出主控程序和报警程序的设计思路和处理流程。
　　3. 1 主控程序的设计
　　主控程序装载于主控板的MCU 芯片的FLASH存储器中，主要功能是完成以下功能：单片机的初始化，接收和处理遥控器发送的窗帘控制命令；在定时中断程序的配合下进行窗帘的定时开合的控制；扫描红外感应、燃气检测等传感器的输出信号，如有报警，当有人在家时（未设防）播放声音提示，无人在家时则向报警与控制板发出请求，再由该板完成电话拨号报警处理。 主控程序的处理流程如图8所示。
　　
　　图8 主控程序流程
　　3. 2 安防监控报警程序的设计
　　该程序装载于报警与控制板的MCU芯片中，振铃、拨号、收号等中断处理程序也驻留在该芯片内，主要实现循环电话拨号、向摘机者播放报警留言语音，以及电话号码（及远程控制操作码）的预存、查询与更新等功能。 程序的处理流程如图9所示。
　　
　　图9 安防报警程序流程
　　4 结束语
　　通过近1年的工作，基于公话网的智能家居系统已完成了样品的研制，经试用检测，基本上实现了设计的各项功能，具有性能稳定、功能齐全、操作简便、安装快捷等特点，适用于绝大多数的家庭和场馆大楼，可为广大公众提供一个舒适、安全、方便的生活与办公环境， 具有广泛的实用价值。