遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)在智能家居中的應(yīng)用 - 全文

　　21 世紀(jì)是信息化的世紀(jì)， 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(jìn)步。智能家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)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(jī)） 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制； 可以在下班途中， 預(yù)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(jī)按鍵或鼠標(biāo)。此外， 該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報警、遠(yuǎn)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(jìn)一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)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(jìn)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(luò)的用于智能家居環(huán)境中的一種遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)。其工作原理為： 用戶通過自身的手機(jī)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(jī)（單片機(jī)） , 主機(jī)通過對命令的處理， 把命令通過紅外傳輸?shù)较鄳?yīng)的分機(jī)（單片機(jī)） 上， 分機(jī)對命令處理后， 啟動相應(yīng)設(shè)備， 完成用戶給出的命令并向主機(jī)回復(fù)應(yīng)答， 主機(jī)收到應(yīng)答后， 通過GSM 模塊發(fā)出回復(fù)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(jī)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息， 即把該操作認(rèn)為無效， 回復(fù)操作無效短消息給用戶手機(jī)， 要求用戶重新發(fā)出命令。若收到的短信息有誤， 主機(jī)便立刻回復(fù)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。

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圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 MCU 與GSM 通信模塊

　　本單片機(jī)通過RS232 串行通信接口與GSM 模塊通信， 提取GSM 設(shè)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(dá)到主、分機(jī)之間的通信， 因此， 選用A T 89S52 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(jìn)行模擬串行接口通信。其最簡外部接線電路如圖2 所示。

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圖2 A T 89S52 外部接線

　　89S52 與TC35 之間通過異步串行接口進(jìn)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(jī)啟動后， 便發(fā)出A T + CM GD = 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(jìn)行處理， 處理完畢后再把該空間數(shù)據(jù)刪除。當(dāng)單片機(jī)向手機(jī)發(fā)出短消息時， 單片機(jī)會向GSM 模塊發(fā)出A T、A T + CM GF = 0、A T + CM GS= X 一系列的指令， 當(dāng)接收到回復(fù)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V ishay 公司生產(chǎn)的TSAL 6238, 用來向外發(fā)射950nm 的紅外光束。

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圖3 紅外發(fā)射器電路圖

　　紅外接收器電路如圖4 所示， 當(dāng)接收器收到數(shù)位"0"時，Q2 管導(dǎo)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。

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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(jī)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(yīng)。如圖5 所示， 當(dāng)分機(jī)的單片機(jī)收到本機(jī)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P 10, P011 腳置成低電平， 其他為高電平， 則Q3、Q4 管導(dǎo)通， 電機(jī)便正向旋轉(zhuǎn)， 若把P012, P013 腳置成低電平， 其他為高電平， 則Q5、Q6 管導(dǎo)通， 電機(jī)便反向旋轉(zhuǎn)（ 以前一情況為正向時）。若一臺分機(jī)上連多個電機(jī)， 有多臺分機(jī)， 便可以實現(xiàn)在智能家居環(huán)境中對家庭各個設(shè)備的同步控制。

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圖5 電機(jī)驅(qū)動電路

　　3 軟件設(shè)計

　　3.1 單片機(jī)主程序設(shè)計

　　主機(jī)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化， 然后不斷地對GSM模塊進(jìn)行掃描查詢。當(dāng)查詢到GSM 模塊接收到用戶發(fā)送的短信時， 便對短信進(jìn)行處理， 提取相關(guān)信息， 然后通過紅外模塊相分機(jī)發(fā)送相應(yīng)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(shè)為60s） 內(nèi)等待分機(jī)的回復(fù)信息。當(dāng)接收到回復(fù)信息或規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息， 主機(jī)都返回到掃描查詢狀態(tài)。主機(jī)主程序流程圖如圖6 所示。

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

　　3.2 中斷程序設(shè)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(yīng)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。

　　為了確保主機(jī)正常工作， 加入主機(jī)等待分機(jī)回復(fù)的等待時間。而為了時間的實時性和準(zhǔn)確性， 用到單片機(jī)內(nèi)部的定時器1.設(shè)定其工作模式為模式1, 初值為0x4bff （50m s）。中斷20 次為1s, 60 次循環(huán)為60s, 當(dāng)60s到時， 標(biāo)志位置位后返回。時間中斷流程圖如圖7 （b）所示。

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　　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(shè)備遠(yuǎn)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)。

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