低成本高智能住宅系統(tǒng)

摘要：文章介紹了一種以公共電話網(wǎng)為傳輸媒介的智能住宅系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微控制器為核心，可提供信息家電服務(wù)和安防報(bào)警服務(wù)，具有可靠性高、成本低、易普及等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能住宅；DTMF；微控制器；信息家電；安防報(bào)警

中圖分類號(hào)：TU855文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0016-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)的日益發(fā)展，人們對(duì)智能住宅系統(tǒng)的功能多樣性、系統(tǒng)先進(jìn)性、系統(tǒng)可靠性、社會(huì)普及性等方面的要求也越來(lái)越高，因此智能住宅系統(tǒng)在技術(shù)上向著功能全面性、操作界面友好性、產(chǎn)品簡(jiǎn)易性發(fā)展，同時(shí)系統(tǒng)建設(shè)投也要低成本、高效率。

但是目前的智能住宅系統(tǒng)的成本比較高，不適合推廣普及：如我司曾負(fù)責(zé)施工安裝的廣州東方新世界住宅小區(qū)是一個(gè)以功能先進(jìn)、配套設(shè)施齊全而定位為廣州頗具代表性和影響力的住宅小區(qū)，其中配套的智能住宅系統(tǒng)在更是其中的典范，但其的前期投入成本比較高，每平米造價(jià)高達(dá)近一百五十元，對(duì)一般的住宅小區(qū)來(lái)說(shuō)是難以承受的。本人總結(jié)在東方新世界項(xiàng)目智能住宅系統(tǒng)施工一些經(jīng)驗(yàn)再結(jié)合單片機(jī)控制原理及計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)行的智能住宅系統(tǒng)進(jìn)行一定的改進(jìn)。本系統(tǒng)以微控制器為控制核心，以公共電話網(wǎng)作為傳輸媒介，該系統(tǒng)不僅可以滿足普通家庭的需要，使人們可以對(duì)家中的家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；同時(shí)可以對(duì)家中的進(jìn)行安防監(jiān)控，及時(shí)處理出現(xiàn)的警情。

一、系統(tǒng)工作原理

整個(gè)系統(tǒng)的總圖如圖1所示。本系統(tǒng)由微控制器來(lái)作為主控芯片，其他部分包括傳感器輸入部分，家電控制輸出部分，電話網(wǎng)絡(luò)接口部分（途中虛線所示），還用人機(jī)交互界面，語(yǔ)言芯片，日歷時(shí)鐘，串口通訊。

微處理器選用micorchip公司的PIC16F877，該芯片是高性能精簡(jiǎn)指令集微處理器，內(nèi)部有2k的EEPROM，368字節(jié)的RAM，8k字節(jié)的FLASH程序存儲(chǔ)器。具有IIC總線接口，還有與上位機(jī)通訊的串口，是一款高性價(jià)比的微處理器。

該芯片主要完成整個(gè)系統(tǒng)的控制工作，是本系統(tǒng)的核心部分。微處理器主要完成以下幾個(gè)功能：

1．實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路傳感器信號(hào)，并加以智能判斷，最終確定警情，摘機(jī)，接通公共電話網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)DTMF發(fā)出報(bào)警信息。

2．監(jiān)測(cè)電話振鈴，當(dāng)確定家里沒(méi)有人的情況下，發(fā)出摘機(jī)命令，接受DTMF數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制語(yǔ)音芯片發(fā)出用戶操作提示，接收用戶遙控命令，并控制相應(yīng)的家電動(dòng)作。

3．用戶人機(jī)界面處理，通過(guò)鍵盤輸入和液晶顯示來(lái)使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化設(shè)置：如傳感器配置，遠(yuǎn)程遙控密碼設(shè)置，報(bào)警處理中心設(shè)置，用戶座機(jī)、手機(jī)設(shè)置等。

4．通過(guò)IIC總線控制日歷芯片，讀出日歷芯片的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。做為報(bào)警信息和遙控命令的時(shí)間依據(jù)。

5．通過(guò)串口通訊可以于家用電腦連接，用戶可以用軟件實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置及儲(chǔ)存更多的信息。

6．另外通過(guò)片內(nèi)的EEPRROM來(lái)保存用戶個(gè)人設(shè)置信息和30個(gè)報(bào)警信息、30個(gè)遙控信息。當(dāng)?shù)竭_(dá)存儲(chǔ)量限值時(shí)，通過(guò)顯示界面通知用戶處理過(guò)時(shí)的信息。

報(bào)警處理中心主要是接收?qǐng)?bào)警信息，可以直接把報(bào)警處理中心設(shè)置成110、119；也可以在小區(qū)內(nèi)建立聯(lián)網(wǎng)處理中心，接收?qǐng)?bào)警信息，并根據(jù)報(bào)警信息采取相應(yīng)的處理。

用戶的手機(jī)和座機(jī)通過(guò)撥打用戶家里的電話，就可以對(duì)家電進(jìn)行控制；同時(shí)，通過(guò)設(shè)置也可以接收家中的報(bào)警信息。

二、局部功能設(shè)計(jì)

傳感器輸入部分包括：煤氣泄漏檢測(cè)模塊、門磁開關(guān)模塊、紅外人體移動(dòng)探測(cè)模塊、溫度/煙霧傳感模塊、玻璃破碎振動(dòng)模塊，手動(dòng)秘密按鈕報(bào)警等。傳感器可以通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)定，使用戶根據(jù)自己的實(shí)際需要增減，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

傳感器安裝在相應(yīng)位置，通過(guò)電纜與主控相連接。門磁開關(guān)、手動(dòng)按鈕只用2根電纜連接，只負(fù)責(zé)傳遞開關(guān)信號(hào)。其他傳感器都由三或四根電纜連接，分別傳輸電源和開關(guān)信號(hào)。每路開關(guān)量輸入都要經(jīng)過(guò)光耦隔離。例如紅外探測(cè)模塊需要供給5ｖ電源，有一路開關(guān)信號(hào)輸出。由圖二可看出，三芯電纜接頭中的1、3傳輸電源，2、3用來(lái)傳輸報(bào)警信息，而輸入的開關(guān)量經(jīng)過(guò)了TLP521-1光耦的隔離后再送給PIC16F877。其他的傳感器與紅外探測(cè)傳感器類似，不一一列舉。

家電控制輸出具有紅外遙控和4路其他家電控制兩部分。紅外遙控包括學(xué)習(xí)部分和控制部分。系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)幾乎所有類型的家用電器的紅外遙控器的控制鍵，并能通過(guò)紅外遙控來(lái)控制相應(yīng)的家電設(shè)備，如空調(diào)、電視機(jī)等等，使用戶可將多個(gè)家用電器的紅外遙控器的功能集中到本系統(tǒng)中來(lái)，通過(guò)一個(gè)遙控器進(jìn)行控制，方便用戶的使用；4路家電控制輸出主要用于沒(méi)有紅外遙控的電器，如電飯煲、飲水機(jī)等等。以上控制接口都能可以通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)完成遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)查詢。

本系統(tǒng)采用PHILIPS公司的PCF8563時(shí)鐘芯片提供時(shí)間信息。該芯片以IIC總線方式與微控制器進(jìn)行接口，有閏年自動(dòng)判斷和電壓檢測(cè)功能，得到準(zhǔn)確的時(shí)間和日歷信息只須讀取幾個(gè)寄存器，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。PCF8563需要有32.768k Hz的晶振和電池，以保證其正常工作，如圖3所示：

圖中的SCL、SDA是與PIC16F877連接的IIC總線。

語(yǔ)音提示部分采用了ISD2590語(yǔ)音芯片,可以存儲(chǔ)90秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，有10個(gè)地址輸入端尋址能力可達(dá)1024位；最多可以分600段。具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。語(yǔ)音芯片有微控制器控制，語(yǔ)音輸出要經(jīng)過(guò)音頻變壓器隔離再并入電話接口。

電話網(wǎng)絡(luò)部分主要包括，檢測(cè)振鈴，控制摘機(jī)，整個(gè)電話接口設(shè)計(jì)如圖四所示。公共電話網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)電話接口接入系統(tǒng)，用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器作為摘機(jī)控制。常閉觸點(diǎn)接到振鈴檢測(cè)部分。整個(gè)電話網(wǎng)絡(luò)有兩種動(dòng)作方式：一種是當(dāng)檢測(cè)到正確的振鈴時(shí)，經(jīng)微控制器判斷需要接通電話網(wǎng)絡(luò)時(shí)，繼電器動(dòng)作，與摘機(jī)電阻、DTMF、語(yǔ)音提示部分接通，接收遠(yuǎn)程用戶發(fā)送過(guò)來(lái)的DTMF數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制命令，再通過(guò)控制語(yǔ)音芯片進(jìn)行操作提示，最終完成用戶遙控功能；另一種是當(dāng)有報(bào)警信息需要發(fā)送時(shí)，微控制器控制摘機(jī)，通過(guò)DTMF撥通相應(yīng)的報(bào)警電話，如果是人工的報(bào)警電話，就用相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警，如果是自動(dòng)處理系統(tǒng)還是用DTMF來(lái)傳送報(bào)警信息。

整個(gè)電話網(wǎng)絡(luò)中是以DTMF技術(shù)為核心，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量不是很大，采用現(xiàn)有公共電話網(wǎng)絡(luò)，利用DTMF技術(shù)是一種價(jià)格比較低廉的方案。本系統(tǒng)采用了ZARLINK公司的MT8880芯片，該芯片可以實(shí)現(xiàn)雙向DTMF數(shù)據(jù)傳輸，該部分電路設(shè)計(jì)如圖5所示：

人機(jī)交互界面由鍵盤輸入和液晶顯示構(gòu)成。鍵盤控制有UP、DOWN、LEFT、RIGHT、ENTER、EXIT六個(gè)鍵構(gòu)成。顯示由64X32 的帶漢字字庫(kù)的液晶顯示模塊構(gòu)成。通過(guò)人機(jī)界面可以設(shè)置用戶的個(gè)人信息。

三、系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用前景

本系統(tǒng)價(jià)格特點(diǎn)成本低，性能穩(wěn)定。既能為單個(gè)用戶提供服務(wù)；也能以智能小區(qū)為單位，建立智能小區(qū)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的安裝簡(jiǎn)單，不需要額外的鋪設(shè)線纜。本系統(tǒng)有者很大的應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介：眭小軍（1976－），男，湖南永州人，廣東省工業(yè)設(shè)備安裝公司工程師。