基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

呂帥

渤海大學(xué)

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基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

呂帥

渤海大學(xué)

由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人對(duì)生活質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，許多人希望完善以及更新自己的居住環(huán)境，所以出現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)，保安系統(tǒng)和電氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成的智能家居系統(tǒng)，目前通過(guò)單片機(jī)的方式就可以獲得比較安全和舒適的智能家居環(huán)境。本文根據(jù)智能家居的發(fā)展要求，獲得了最新的智能家居控制方法。

單片機(jī) 智能家居 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因?yàn)樯鐣?huì)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，而且人們的生活水平也在不斷提升，所以人們需要促使生活質(zhì)量的提升，需要追求個(gè)性化以及智能化的家居生活方式。由于人們的居住條件不斷改善，家居環(huán)境的追求逐漸體現(xiàn)為人性化以及智能化的追求方式，這個(gè)時(shí)候就出現(xiàn)了智能家居。智能家居一般有五種系統(tǒng)功能：家居保安系統(tǒng)功能、家居設(shè)備控制功能、家居綜合布線功能、家居信息化功能、住宅小區(qū)管理系統(tǒng)。智能家居的控制方式也很多：包括本地控制遙控控制以及集中控制。在當(dāng)前的生活中，智能家具可以根據(jù)人們的生活需要，更好的對(duì)家具形式進(jìn)行融合，可以方便地改變?nèi)藗兊纳钏健?/p>

1　系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

我們對(duì)智能家居系統(tǒng)的兩個(gè)重要部分進(jìn)行了研究，包括家具保養(yǎng)系統(tǒng)以及家用電器控制系統(tǒng)。家具板系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)以及有害氣體泄漏的報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)搶劫以及盜竊的時(shí)候可以進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，而且系統(tǒng)可以檢測(cè)出報(bào)警的火災(zāi)信號(hào)。如果出現(xiàn)的偷盜以及火災(zāi)的時(shí)候可以將這些到底信號(hào)發(fā)送出去，因?yàn)檫@套系統(tǒng)和電話機(jī)的功能是相同的，為了避免出現(xiàn)電話被監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)振鈴到一定的次數(shù)的時(shí)候。才能啟動(dòng)該系統(tǒng)對(duì)家用電器進(jìn)行控制，而且該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)模擬，通過(guò)接通系統(tǒng)后可以對(duì)后續(xù)電路進(jìn)行控制。

接通系統(tǒng)以后，可以通過(guò)語(yǔ)音電路進(jìn)行用戶和系統(tǒng)的交互工作，而且可以進(jìn)行家用電器的遠(yuǎn)程控制，單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)是在電話線上，如果用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電機(jī)的時(shí)候，可以撥打家中的固定電話。而且系統(tǒng)檢測(cè)到振鈴的時(shí)候，可以根據(jù)語(yǔ)音進(jìn)行提示操作。系統(tǒng)還需要輸入登錄密碼，當(dāng)輸入了正確的密碼的時(shí)候控制電機(jī)可以開(kāi)或者是關(guān)閉，這樣才能自動(dòng)掛機(jī)。如果輸入三次密碼不正確的時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)掛機(jī)的情況，而且當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到家中出現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)地發(fā)生火災(zāi)信號(hào)，這個(gè)時(shí)候用戶和相關(guān)部門(mén)要采取相關(guān)措施，這樣才能更好的避免損失。系統(tǒng)要根據(jù)各項(xiàng)功能。需要具備以下的各種模塊。.

（1）振鈴的檢測(cè)和計(jì)數(shù)；

（2）自動(dòng)摘機(jī)、掛機(jī)；

（3）登錄密碼的校驗(yàn)；

（4）雙音頻信號(hào)的解碼；

（5）語(yǔ)音電路；

（6）控制電器開(kāi)關(guān)；

（7）家庭安全狀況檢測(cè)；

（8）雙音頻信號(hào)的編碼.

2　系統(tǒng)功能要求

本文對(duì)智能家居系統(tǒng)中的保安系統(tǒng)以及電氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，如果住宅發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候可以自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)入室搶劫的時(shí)候也會(huì)自動(dòng)報(bào)警，所以系統(tǒng)必須具備能夠識(shí)別和判定火災(zāi)，有害氣體，最終傳遞出報(bào)警信號(hào)。家用電器控制系統(tǒng)是通過(guò)電話進(jìn)行控制的，這種系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)用戶正常工作有影響。所以系統(tǒng)需要具備振鈴的功能。只有振鈴達(dá)到了一定次數(shù)才能啟動(dòng)系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法是系統(tǒng)啟動(dòng)后通過(guò)語(yǔ)音解碼電路對(duì)家用電器進(jìn)行控制。筆者設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制系統(tǒng)是接在電話線上的整體功能，用戶要使用家用電器遠(yuǎn)程控制撥打電話，需要進(jìn)行振鈴次數(shù)檢測(cè)。如果次數(shù)達(dá)到十次的時(shí)候就會(huì)接通，而且會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音密碼提示，這樣才能更好的對(duì)家用電器的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，重置完成后就可以自動(dòng)掛機(jī)，對(duì)家用電器安全狀況進(jìn)行檢測(cè)。如果出現(xiàn)相關(guān)的火災(zāi)或者是信號(hào)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這樣可能最低限度的降低家中的損失。本系統(tǒng)還需要相關(guān)的功能模塊，振鈴檢測(cè)和計(jì)數(shù)、自動(dòng)摘機(jī)掛機(jī)、登錄密碼驗(yàn)證、雙音頻信號(hào)解碼、雙音頻信號(hào)編碼、語(yǔ)音電路、控制電器開(kāi)關(guān)、家庭安全監(jiān)測(cè)。。

3　系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

智能家居系統(tǒng)的硬件組成主要是人機(jī)交換接口，無(wú)線數(shù)據(jù)模塊以及終端核心控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　結(jié)構(gòu)框圖

3.1人機(jī)交互界面

職業(yè)生涯規(guī)劃是指，對(duì)個(gè)人的定位和發(fā)展相結(jié)合的認(rèn)識(shí)剖析，對(duì)決定個(gè)人今后發(fā)展方向問(wèn)題的認(rèn)識(shí)、分析、總結(jié)。確定今后發(fā)展的目標(biāo)與方向，為選擇的事業(yè)和工作進(jìn)行不懈的努力，對(duì)每一段時(shí)間、每邁出一步都做好準(zhǔn)備和策劃，對(duì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的每一步驟都作出合理的安排，已達(dá)到最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。[3]

人機(jī)界面是通過(guò)監(jiān)控和處理各種信息的顯示屏幕，有利于實(shí)現(xiàn)操作人員以及操作設(shè)備之間的雙向溝通。本設(shè)計(jì)使用信捷B/TH765系列觸摸屏，該型號(hào)的屏幕有幾英寸的顯示屏，而且比較支持BMP，JPEG格式圖片，他還具備比較完善的校準(zhǔn)功能模塊，該觸摸屏可以提供比較好的人機(jī)交換界面，可以在家庭控制系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。

3.2無(wú)線模塊

設(shè)計(jì)使用的無(wú)線模塊作為順舟科技的嵌入通信模塊，該模塊使用的zibee無(wú)線技術(shù)，這種無(wú)線技術(shù)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有相通的地方，他有更遠(yuǎn)的通訊距離而且具有更強(qiáng)的抗干擾能力，能夠?qū)崟r(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee技術(shù)譯為紫蜂技術(shù)，這是一種新型的組網(wǎng)以及應(yīng)用軟件方面的傳感器網(wǎng)絡(luò)，叫做IEEE 802.15.4（ZigBee）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單而且功耗比較低，而且可以嵌入在各種設(shè)備，同時(shí)可以進(jìn)行地理定位，。

3.3控制器

可以進(jìn)行控制終端設(shè)計(jì)，單片機(jī)作為核心器件，本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)和無(wú)線接收模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)家用電機(jī)進(jìn)行控制，本設(shè)計(jì)使用的飛思卡爾MC9S128MAA單片機(jī)，這是一種新型的微控制器，這種控制器具有良好的性能，比32位微控制器更強(qiáng)，還有主控CPU，而且擁有全新處理器模塊。該模塊是智能的可以直接編程，而且可以進(jìn)行通訊以及數(shù)據(jù)處理，在其它任務(wù)時(shí)會(huì)釋放CPU空間，有利于芯片整體性能的提升。

3.4自適應(yīng)智能燈光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在智能家居系統(tǒng)中，需要對(duì)燈光進(jìn)行控制。舒適的燈光可以為家庭生活帶來(lái)比較溫馨的環(huán)境，在本次設(shè)計(jì)中，主要使用脈沖調(diào)制技術(shù)對(duì)燈光進(jìn)行控制。同時(shí)通過(guò)光敏電阻對(duì)外界光線的感應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致電壓變化。通 過(guò) 單 片 機(jī)可以進(jìn)行模擬信號(hào)的采集，然后通過(guò)飛 思 卡MC9S128MAA單片機(jī)集成的A/D轉(zhuǎn)換功能完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換，最終通過(guò)算法可以完成調(diào)制波的輸出。可以對(duì)室內(nèi)燈光進(jìn)行控制。

4　軟件設(shè)計(jì)

本軟件設(shè)計(jì)包括人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)以及調(diào)控制器的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)進(jìn)入初始化后，首先得進(jìn)入人機(jī)界面，通過(guò)自適應(yīng)搜索可以打開(kāi)家用電器，通過(guò)觸摸屏觸摸可以選擇控制的電器，，通過(guò)無(wú)線模塊輸出可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終可以控制家用電器并且可以傳回?cái)?shù)據(jù)，觸摸屏上會(huì)出現(xiàn)各種參數(shù)。

4.1人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)

（1）Touch Win簡(jiǎn)介

Touch Win為T(mén)H系列觸摸屏提供理想的平臺(tái)。軟件使用中文操作界面以及開(kāi)發(fā)程序，操作功能良好，而且具有簡(jiǎn)單易學(xué)的開(kāi)發(fā)程序，這是最常用的開(kāi)發(fā)軟件，可以進(jìn)行觸摸屏開(kāi)發(fā)。

（2）人機(jī)界面窗口設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)的畫(huà)面窗口：開(kāi)機(jī)界面，電器搜索界面以及電器控制界面。

4.2控制終端軟件設(shè)計(jì)

（1）控制器開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

控制器使用的環(huán)境是飛思卡爾公司研制的CodeWarrior的開(kāi)發(fā)環(huán)境，軟件功能比較強(qiáng)大，在該環(huán)境下有以下幾個(gè)模塊，編譯器構(gòu)造系統(tǒng)以及調(diào)試器，其他模塊可以對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)進(jìn)行支持，且這種集成環(huán)境是多線程的，可以保存內(nèi)存中的狀態(tài)信息，而且可以提高操作速度，進(jìn)行自動(dòng)編譯以及鏈接。

（2）主程序編寫(xiě)

主程序編寫(xiě)就是要使用C語(yǔ)言，主要是3個(gè)模塊組成的c語(yǔ)言，包括數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)反饋模塊，可以通過(guò)同步的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)采集無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的目標(biāo)，該模塊主函數(shù)中使用AS1_RecvChar（）函數(shù)完成對(duì)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的采集。

對(duì)光敏電阻構(gòu)成的電壓采集單片機(jī)，本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)集成A/D采集精度為12位，最終可以滿足本軟件的設(shè)計(jì)需求。

4.3人機(jī)界面與控制終端的通信協(xié)議

為了更好地完成觸屏以及控制終端，系統(tǒng)會(huì)設(shè)置各種通信協(xié)議，通訊的協(xié)議如表所示：

表1　通信協(xié)議對(duì)照表

5　系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析

5.1硬件電路調(diào)試

通過(guò)對(duì)Max232電路進(jìn)行檢測(cè)，最終可以得到無(wú)線數(shù)據(jù)，通過(guò)電腦的窗口就可以顯示數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行符合要求的測(cè)試，而且要對(duì)最小的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這樣即使在電阻遮光的情況，可以進(jìn)行各種電壓測(cè)試，這種有光情況下的輸出電壓為三伏，最小的電壓是0.2伏，而且使用的各種脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)制波可能會(huì)隨著電阻的變化而產(chǎn)生明顯的不同，最終是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。

5.2軟件調(diào)試

觸摸屏的開(kāi)發(fā)軟件Touch Win具有在線模擬功能，通過(guò)對(duì)功能的模擬，電路上完全可以實(shí)現(xiàn)各種功能，而且可以下載觸摸屏，通過(guò)測(cè)試后功能就可以滿足設(shè)計(jì)要求。

5.3結(jié)果分析

要對(duì)軟件和硬件進(jìn)行各種測(cè)試，需要做好系統(tǒng)的操作工作，通過(guò)各種測(cè)試結(jié)果得到了智能家庭的綜合性能，這種性能是符合設(shè)計(jì)要求的。

6　結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了更好的嘗試，通過(guò)人機(jī)界面以及控制終端就可以進(jìn)行智能控制，通過(guò)各種調(diào)試方法和工作，可以更好的對(duì)智能電器進(jìn)行搜索，而且該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能是適應(yīng)性的，所以可以進(jìn)行多個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。

［1］林旭東.智能家居系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（7）：6.

［2］ 張鴻愷，伍超.智能家居及其發(fā)展研究［J］.黑龍江科技信息，2006（32）：266.