基于公話(huà)網(wǎng)的智能家居系統設計方案

摘 要：分析了智能家居的相關(guān)技術(shù)現狀，提出了一種基于公共交換電話(huà)網(wǎng)的智能家居系統的總體方案，闡述了該系統的工作原理及軟硬件的設計方法與過(guò)程。 該系統利用計算機和紅外遙控等技術(shù)實(shí)現了一個(gè)智能化的窗簾機構，采用雙音多頻信號進(jìn)行信息的傳輸，實(shí)現了家居的安全防護和家電的遠程控制。 經(jīng)過(guò)調試與檢測證明，該系統具有性能可靠、功能豐富、易于使用等特點(diǎn)，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

近年來(lái)，計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和信息化程度的不斷提高，為智能家居系統的研究與開(kāi)發(fā)提供了堅實(shí)的技術(shù)平臺。 通常把智能家居定義為一個(gè)整體，即利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，以及綜合布線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)家庭信息管理平臺，將與家居生活相關(guān)的各個(gè)部分有機結合成一個(gè)特殊的集成系統。 伴隨著(zhù)智能家居功能的不斷細化，其概念逐步得到延伸，更多地考慮到了居民對住宅環(huán)境性能的全方位要求。 因此，現階段的智能家居系統已從原先以智能化為重心的產(chǎn)品，轉變?yōu)橐粋€(gè)具備以下條件的集成系統：首先，要在家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò )，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò )操作系統的控制下，通過(guò)相應的硬件和執行機構，實(shí)現對所有家電和設備的控制與監測;其次，所有家電和設備都要通過(guò)一定的媒介平臺，構成與外界的通訊通道，以實(shí)現與外部世界的信息交流，滿(mǎn)足遠程控制、監測和交換信息的需求;最后，要滿(mǎn)足人們對家居安全、舒適、方便、高效和環(huán)境保護的需求。

智能家居系統的控制命令與信息的傳輸可以通過(guò)2種途徑實(shí)現：無(wú)線(xiàn)傳輸方式和有線(xiàn)傳輸方式。 隨著(zhù)經(jīng)濟實(shí)力的日益增長(cháng)，高速、可靠的公共電話(huà)網(wǎng)絡(luò )( PSTN)已經(jīng)覆蓋了絕大多數的地區和家庭，有線(xiàn)電話(huà)線(xiàn)上的雙音多頻(DTMF)信號除了用于建立通話(huà)連接外，也可廣泛應用于數據通信，且具有較強的抗干擾能力，所以利用公話(huà)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現家居設施的控制在技術(shù)上是完全可行的。 與采用無(wú)線(xiàn)通信方式相比，采用公話(huà)網(wǎng)不需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)，也不占用無(wú)線(xiàn)電頻率資源，基本上沒(méi)有電磁污染，也無(wú)需大量的額外投資;而與采用有線(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò )( Internet)的通信方式相比，采用公話(huà)網(wǎng)的通信方式則具有更高的安全性和實(shí)時(shí)性。 因此，基于公用電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的智能家居方案在技術(shù)的可行性和成本的經(jīng)濟性等方面具有一定的優(yōu)勢，研究開(kāi)發(fā)一種基于公話(huà)網(wǎng)的智能家居系統具有較大的現實(shí)意義。

1 系統的總體研究

1. 1 系統的功能需求

家居系統的功能需求主要包括舒適宜人的家庭生活空間、家居的安全防護(以下簡(jiǎn)稱(chēng)安防) 、家用電器的遠程監控等內容，因此，基于公話(huà)網(wǎng)的智能家居系統可以設置以下功能：

1) 窗簾的智能化控制，包括遙控器控制， 定時(shí)開(kāi)合控制， 光控、雨控等人性化的自動(dòng)控制等。

2) 家居的安全監控與報警，主要包括燃氣(煤氣、天然氣、液化器)泄漏監控， 窗幕探測器監控， 門(mén)磁偶合監控。

3) 家用電器的遠程控制。 在遠端撥入住宅電話(huà)號碼，延時(shí)若干秒后系統自動(dòng)接通，用戶(hù)首先輸入密碼，然后再輸入操作指令，即可對家用電器設備進(jìn)行遠程控制。 操作過(guò)程中將給出必要的語(yǔ)音提示。

1. 2 系統的總體方案

根據系統的功能設置，結合計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的特點(diǎn)與要求，可將整個(gè)系統劃分為環(huán)境與安防檢測、控制，以及設備驅動(dòng)等三大部分。 環(huán)境與安防檢測部分由光照、雨水、燃氣檢測器及窗幕、門(mén)磁探測器等傳感檢測器組成。 控制部分主要由主控模塊(也稱(chēng)主控板)和安防報警與家電控制模塊(也稱(chēng)報警與控制板)構成，其中主控板負責智能窗簾的控制和安防報警信號的采集。 報警與控制板完成自動(dòng)電話(huà)撥號、報警、提示語(yǔ)音的錄放，以及電話(huà)號碼和家電控制操作碼(密碼與指令碼)的存儲、查詢(xún)與修改。 系統結構如圖1所示。

圖1 系統的整體結構

2 系統硬件設計

本系統力求使用性?xún)r(jià)比高的電路芯片實(shí)現各項功能，經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，主控板和報警與控制板均以MCU (微控制器) 為核心，采用Atmel 公司的AT89S52單片機。 這種單片機是一種低功耗、高性能的8位微控制器，內嵌8K可編程Flash 存儲器，屬于MCS單片機產(chǎn)品系列，已為眾多嵌入式系統所選用。 窗簾遙控器的MCU則采用該系列中貼片式MCS89C2051 單片機，以滿(mǎn)足體積與功耗的要求。