基于A(yíng)VR技術(shù)的智能家居管理系統，包含原理圖、電路結構

圖3.2.4 遙控碼的“0”和“1”

上述“0”和“1”組成的32 位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線(xiàn)向空間發(fā)射，如圖3.2.5所示。

圖3.2.5 遙控信號編碼波形圖

UPD6121G產(chǎn)生的遙控編碼是連續的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶(hù)識別碼，能區別不同的電器設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶(hù)識別碼固定為十六進(jìn)制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。

遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數不同而不同，大約在45～63ms之間，圖4為發(fā)射波形圖。

當一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（9ms）,一個(gè)結果碼（4.5ms）,低8位地址碼（9ms~18ms）,高8 位地址碼（9ms~18ms）,8位數據碼（9ms~18ms）和這8位數據的反碼（9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結束碼（2.5ms）組成。

2.2.2 接收電路

接收電路一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動(dòng)電路、執行電路(機構)等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調制的編碼指令信號接收下來(lái)，并進(jìn)行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來(lái)，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼，最后由驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)執行電路實(shí)現各種指令的操作控制（機構）。

一體化紅外線(xiàn)接收器是一種集紅外線(xiàn)接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線(xiàn)接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線(xiàn)遙控和紅外線(xiàn)數據傳輸。

圖3.2.6 紅外遙控接收原理框圖

1. 鍵盤(pán)

本系統采用鍵盤(pán)實(shí)現對家電設備的實(shí)時(shí)控制，各個(gè)部分可擁有單獨的按鈕，達到對時(shí)間的調準，對窗簾開(kāi)啟狀態(tài)的控制以及背景音樂(lè )的切換等。

1. 照明、家電設備

本系統實(shí)現了通過(guò)串口通信、遙控器、鍵盤(pán)對家電設備的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)，系統還可以通過(guò)光敏電阻、溫濕度傳感器檢測外部環(huán)境的光線(xiàn)亮度和溫度，通過(guò)A/D轉換和PWM控制照明、空調等家電設備的功率和通斷狀態(tài)。

1. 背景音樂(lè )

系統實(shí)現了在固定的時(shí)間（比如早晨）播放舒適的音樂(lè )，還實(shí)現每個(gè)房間都可以獨立聽(tīng)音樂(lè )、切換音源、調節音量大小而互不干擾，音視頻數字交換機內置MP3和FM調頻立體聲收音機功能，實(shí)現不同區域單獨控制音源，控制喇叭。

（三）、智能窗簾子系統模塊

1）模塊概要

智能窗簾子系統模塊由主要由數據采集模塊、無(wú)線(xiàn)遙控模塊、鍵盤(pán)模塊、窗簾位置檢測模塊、中央控制單元、電機控制和LED顯示七個(gè)部分組成。數據采集部分主要利用傳感器技術(shù)完成溫度和光強度的采集，無(wú)線(xiàn)遙控部分主要由NRF905發(fā)送器完成，按鍵部分主要完成人工手動(dòng)控制功能。驅動(dòng)電路采用直流伺服電機TG-38243000-90K，L298N作為運動(dòng)驅動(dòng)電路。使用鍵盤(pán)和PTR8000無(wú)線(xiàn)遙控器作為系統的輸入，通過(guò)液晶LCD輸出系統信息。中央控制單元采用AVR系列ATMEGA16單片機，完成對接收到得數據進(jìn)行處理，并控制直流伺服電機完成對窗簾的控制。我們把智能窗簾以及ATMEGA16單片機作為主機（EVK1100開(kāi)發(fā)板）的一個(gè)子系統，子系統作為一個(gè)獨立的模塊可以單獨工作但又從屬于主機。其硬件結構框圖如圖3.3—1所示：

圖3.3—1 智能窗簾子系統模塊

2）單元模塊介紹

2.1 TSL230B光強傳感器接口電路設計

光強檢測采用TSL230B傳感器，TSL230B設備的輸出是一個(gè)標準的TTL。其靈敏度是由兩個(gè)邏輯輸入S0和S1組成，靈敏度調整使用電子紅膜技術(shù)。靈敏度可以設置為三個(gè)等級分別為1倍，10倍或100倍。輸出頻率縮放控制由兩個(gè)邏輯輸入S2和S3來(lái)完成。 其工作原理為當S2和S3都為低電平時(shí)輸出頻率不變，當S2為高電平S3為低電平輸出頻率為原頻率的1/2，當S2為低電平S3為高電平輸出頻率為原頻率的1/10，當S2和S3 都為高電平時(shí)輸出頻率為原頻率的1/100。其硬件接口原理如圖3.3.2 所示。

1. PTR8000無(wú)線(xiàn)傳輸模塊

該接口由10個(gè)數字輸入/輸出I/O組成，按照工作可分為三組，模式控制、SPI接口、狀態(tài)輸出接口。其中模式控制接口由TRX_CE、TX_EN、PWR組成，控制PTR8000的始終工作模式；SPI接口由SCK、MISO、MOSI一以及CSN組成，在配置模式下單片機通過(guò)SPI接口配置PTR8000的工作參數，在發(fā)射/接收模式下單片機SPI接口發(fā)送和接收數據；狀態(tài)輸出接口，提供載波檢測輸出CD、地址匹配輸出AM、數據就緒輸出DR。其引腳說(shuō)明如表3.4所示。

表3.4 引腳功能

在發(fā)射模式中，PTR8000自動(dòng)產(chǎn)生前導碼和CRC校驗碼，數據準備就緒DR型號通知MCU數據傳輸已經(jīng)完成，其工作過(guò)程為上電以后，MCU首先配置PTR8000模塊，先將PWR、TX_EN、TRX_CE設置為配置模式；MCU通過(guò)SPI將配置數據移入PTR8000模塊；當MCU有數據需要發(fā)往規定節點(diǎn)時(shí)，接收節點(diǎn)的地址和有效數據，通過(guò)SPI接口傳送給PTR8000，MCU設置TRX_CE、TX_EN為高來(lái)啟動(dòng)傳輸，PTR8000內部處理；如果AUTO_RETRAN被設置為高，PTR8000將連續地發(fā)送數據包知道TRX_CE被設置為低；當TRX_CE被設置為低時(shí)，PTR8000結束數據傳輸并將自己設置成待機模式。

1. 伺服電機和驅動(dòng)芯片接口設計

驅動(dòng)電機采用直流伺服電機TG-38243000-90K,L298N作為運動(dòng)驅動(dòng)芯片。L298N 工作電壓方式為直流,直流電動(dòng)機采用PWM信號平滑調速。其工作原理為L(cháng)298可以驅動(dòng)兩臺直流減速電機，使用PWM控制。如果要控制窗簾的升降,可將In1，In2和In3，In4兩對引腳分別接高電平和低電平，使用單片機的兩個(gè)端口給出PWM信號，從而實(shí)現對窗簾開(kāi)度的控制。伺服電機和驅動(dòng)芯片接口設計如圖3.3.3所示。

圖3.3.3 電機和驅動(dòng)芯片硬件接口電路圖

（四）、門(mén)禁子系統模塊

1）模塊概要

門(mén)禁子系統模塊主要由自動(dòng)照明模塊、智能門(mén)鎖模塊、遠程監控和開(kāi)門(mén)模塊三個(gè)部分組成。自動(dòng)照明采用紅外感應技術(shù)，在3m類(lèi)感應人體紅外發(fā)出的紅外線(xiàn)，以開(kāi)關(guān)量形式輸出信號，單片機檢測到有人后，根據低光照傳感器的信號判斷走廊、樓梯間是否需要開(kāi)燈，若果需要開(kāi)燈則通過(guò)繼電器將燈打開(kāi)。智能門(mén)鎖由一個(gè)矩陣鍵盤(pán)組成，每個(gè)按鍵代表一種數字，密碼通過(guò)鍵盤(pán)輸入，若密碼正確，則將門(mén)鎖打開(kāi)；若密碼輸入錯誤，則通過(guò)蜂鳴器報警并鎖定鍵盤(pán)。遠程監控和開(kāi)門(mén)模塊可實(shí)現當工作時(shí)如果有來(lái)訪(fǎng)者，可以通過(guò)PC機遠程終端看到來(lái)訪(fǎng)者，同時(shí)也可以實(shí)現在PC終端為來(lái)訪(fǎng)者開(kāi)門(mén)。我們把門(mén)禁模塊以及ATMEGA16單片機作為主機（EVK1100開(kāi)發(fā)板）的一個(gè)子系統子系統作為一個(gè)獨立的模塊可以單獨工作但又從屬于主機。其硬件結構框圖如圖3.4—1所示。

圖3.4—1 門(mén)禁子系統模塊硬件結構圖

2）單元模塊介紹

2.1 自動(dòng)照明模塊

自動(dòng)照明模塊由照明燈、人體紅外感應傳感器、光照傳感器組成。其工作原理和控制子系統中的照明設備的原理一樣。通過(guò)紅外采集和光照傳感器數據采集，檢測是否有人和是否需要開(kāi)燈，通過(guò)繼電器改變光照的開(kāi)啟狀態(tài)。其中，人體紅外感應傳感器采用PIR熱釋電傳感器，其特點(diǎn)是低功耗、靜態(tài)功耗50uA，寬電壓范圍，電源可為5V電源。使用簡(jiǎn)單，總共有3個(gè)引腳，一個(gè)為+5V電源引腳，一個(gè)為GND引腳，一個(gè)為感應輸出電平引腳，沒(méi)人時(shí)輸出低電平，感應距離為7米。當有人進(jìn)入感應范圍，此傳感器的感應輸出電平引腳輸出有效高電平，單片機可以通過(guò)讀取此引腳來(lái)判斷是否有人進(jìn)入。人體紅外感應傳感器的實(shí)物圖如圖3.4—2所示。

2.2 智能門(mén)鎖模塊

智能門(mén)鎖模塊由矩陣鍵盤(pán)和七段數碼管組成，在室內和室外都有一個(gè)鍵盤(pán)，七段數碼管安裝在室內，用戶(hù)在室內可以修改密碼，并通過(guò)數碼管顯示密碼，在室外的矩陣鍵盤(pán)智能實(shí)現開(kāi)門(mén)，如果密碼輸入正確，則將門(mén)鎖打開(kāi)，若密碼輸入錯誤，則通過(guò)蜂鳴器報警，如果連續三次輸入錯誤，則鎖定鍵盤(pán)。

2.3 遠程監控和開(kāi)門(mén)模塊

遠程監控和開(kāi)門(mén)模塊由GSM模塊（如圖3.4—3所示）、遠程PC機終端的VB界面組成。GSM模塊通過(guò)數據口以串行方式接受指令并向外輸出數據。理論上講，在數據口中找出RXD、TXD和GND引腳與單片機的窗口對應連接即完成了硬件接口。GSM模塊數據線(xiàn)是專(zhuān)為連接PC機9針串口而設計的，信號電平為標準的RS-232點(diǎn)評，只要單片機的串口也轉換為RS點(diǎn)評，就可方便連接。9針串口引腳定義是固定的，即2腳為T(mén)XD（GSM模塊發(fā)送），3腳為RXD（GSM模塊接收）、5腳為GND。單片機與GSM模塊的連接圖如圖3.4—4所示。

圖3.4—3 GSM模塊實(shí)物圖

圖3.4—4 單片機與GSM模塊的連接圖

遠程PC機終端界面由VB編程，可實(shí)現遠程控制家電開(kāi)關(guān)，遠程開(kāi)門(mén)。當用戶(hù)工作是如果有來(lái)訪(fǎng)者，則可以實(shí)現為來(lái)訪(fǎng)者開(kāi)門(mén)。

（五）、安全防范子系統模塊

1）模塊概要

安全防范子系統模塊主要由煙霧傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、GSM模塊和報警模塊組成。煙霧傳感器是通過(guò)監測煙霧的濃度來(lái)實(shí)現火災防范的，煙霧報警器內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災報警器。煙霧傳感器是利用煙敏電阻來(lái)測量煙霧濃度，從而達到報警的目的。溫濕度傳感器和人體紅外傳感器、GSM模塊和前面的一樣。報警模塊可以實(shí)現當用戶(hù)處于緊急狀態(tài)下按下緊急求救按鈕時(shí)會(huì )優(yōu)先將信號傳到保安處，安全防范子系統模塊的硬件結構圖如圖3.5—1所示。