基于智能手機與PC機的智能家居系統設計

　　1引言

　　在信息化時(shí)代，不管是手機還是家電產(chǎn)品都逐漸融入網(wǎng)絡(luò )中，信息家電是將現代網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)融入到傳統的家用電器，使之成為具有信息訪(fǎng)問(wèn)、獲取、存儲、處理、聯(lián)網(wǎng)等功能的消費類(lèi)電子產(chǎn)品。信息家電的出現改變了傳統的家電控制方式，不僅可在本地對其進(jìn)行控制，而且還可通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )控制家庭內部聯(lián)網(wǎng)家電設備。由于手機和PC機的普及，采用現有的互聯(lián)網(wǎng)使智能家居成為可能。

　　2智能家居控制系統總體方案設計

　　智能家居系統總體結構框圖如圖1所示，該系統由兩大部分組成：以PC為核心的家庭主監控中心及分散于各監控點(diǎn)的，以單片機為從控制中心的智能家電和監控設備前端系統；以移動(dòng)電話(huà)作為遠程控制器，利用互聯(lián)網(wǎng)作為橋梁實(shí)現遠程異地控制。

　　系統功能實(shí)現是監控中心PC通過(guò)單片機監控軟件實(shí)時(shí)循環(huán)采集各項數據，當發(fā)現異常情況時(shí)，系統通過(guò)短信或圖像等報警方式給用戶(hù)發(fā)送信息，并根據預先設置的應急程序進(jìn)行處理，如煙霧、煤氣檢測異常等。用戶(hù)也可通過(guò)手機或計算機利用因特網(wǎng)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)控制器站點(diǎn)對智能家電進(jìn)行遠程設置，如空調/電熱水器的開(kāi)啟／關(guān)閉及其溫度設置等。

　　3系統硬件設計

　　硬件系統包括以智能手機為主的遠程控制部分和以家庭PC機為主的家庭控制中心兩部分。

　　3．1遠程控制終端

　　隨著(zhù)智能手機的發(fā)展．其功能迅速增強。在2006年“科博會(huì )”，諾基亞稱(chēng)其高端手機為“多媒體電腦”，并展示其強大功能：視頻通話(huà)、移動(dòng)電郵、多人聯(lián)機游戲、即時(shí)影像、無(wú)線(xiàn)支付等增值服務(wù)，并強調手機將成為人們登錄互聯(lián)網(wǎng)索取信息的主要工具。未來(lái)智能手機功能將更強大，如GPS、開(kāi)源操作系統、電視驗證接入、家庭基站等。目前3G正加快移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和傳統互聯(lián)網(wǎng)間的融合，使手機不斷朝PC化方向發(fā)展。

　　無(wú)線(xiàn)應用協(xié)議WAP(WirelessApplicationProtocol)是在數字移動(dòng)電話(huà)、因特網(wǎng)或個(gè)人數字助理機(PDA)、計算機應用之間進(jìn)行通訊的開(kāi)放式全球標準，通過(guò)WAP可將Internet的大量信息及多種業(yè)務(wù)接人到移動(dòng)電話(huà)、PDA等無(wú)線(xiàn)終端中。這使得手機訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)終端PC機成為現實(shí)，只需對其安裝相應的軟件，并對終端PC機作相應的訪(fǎng)問(wèn)設置即可。用戶(hù)通過(guò)注冊的用戶(hù)名和密碼登錄智能家居控制中心PC機，獲得管理的終端編號(可有多個(gè)設備)，然后選擇一個(gè)所需的控制終端，實(shí)現用戶(hù)進(jìn)程與所屬智能家居數字終端硬件網(wǎng)卡(MAC碼)的綁定。從而利用智能手機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現對智能家居終端的遠程控制。

　　3．2家居終端設備的硬件設計

　　一般智能家居的安防設備主要指煙霧火警、煤氣檢測、監控攝像、電源過(guò)流／過(guò)壓檢測、緊急呼救裝置及被監控設備的斷/合裝置等，而智能家電指嵌入式的空調、冰箱、彩電、電熱水器等家電產(chǎn)品。以PC機為主監控器，通過(guò)單片機將其他各監控模塊連接起來(lái)，實(shí)現遠程控制。以消防設備火災探測報警器Sn-828-2PL(聯(lián)網(wǎng)型)為例說(shuō)明(其技術(shù)參數見(jiàn)表1)。

　　光電有線(xiàn)煙霧探測器的功能特點(diǎn)有：采用微處理器控制；自動(dòng)復位／斷電復位可選；紅外光電傳感器；聯(lián)網(wǎng)輸出N．C．/N．O．可選；LED指示報警；金屬屏蔽罩，抗電磁干擾；環(huán)境適應性強；SMT工藝制造，穩定性強；防塵、防蟲(chóng)、抗白光干擾設計。PIC16F873型單片機具有哈佛總線(xiàn)和RISC結構，4KBFlash程序存儲器，192B片內數據存儲器RAM，14種中斷源，8級硬件堆棧，片內集成同步串行口SSP(SPI和I2C)及同步、異步收發(fā)器(USART)以及看門(mén)狗電路等。另外，單片機內部具有5通道10位精度的A／D轉換器，可滿(mǎn)足系統對模擬信號轉換的精度要求。片內128B的E2PROM可用作系統掉電保護，從而無(wú)需外接E2PROM掉電保護電路，節省了系統資源。因此，本設計選用PIC16F873作為各種檢測器和智能家電的控制核心。圖2為煙霧監控模塊電路。

　　圖2中，在單片機與火災探測報警器Sn-828-2PL的接口電路中，光電有線(xiàn)煙霧探測器將輸出信號接至PIC16F873的RA0引腳，相對煙霧信號以直流電壓／電流信號的形式接至PIC16F873的RA0腳，PIC16F873完成A/D轉換，并在單片機內部進(jìn)行相應程序的處理，從而實(shí)現監控。

　　4監控系統程序設計

　　用戶(hù)終端監控系統程序設計可分為上位機PC的管理系統設計和下位機的監控程序設計。

　　4．1上位機管理程序設計

　　智能家居的監控是通過(guò)控制智能家居數字終端實(shí)現的。用戶(hù)利用互聯(lián)網(wǎng)登錄用戶(hù)終端PC，智能家居控制中心PC將用戶(hù)的指令傳至指定的家庭終端。因此控制中心PC的設計相當于建一個(gè)網(wǎng)站，以便可遠程上網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)，其主要設計是配置計算機的IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)及DNS域名，這時(shí)計算機就相當于一臺服務(wù)器。上位機的管理系統設計可采用VB等語(yǔ)言編寫(xiě)，其主要由主控、設置、循環(huán)監控、報警與通信等幾大模塊組成(圖3)。

　　啟動(dòng)系統時(shí)，主程序從主控模塊開(kāi)始，而其他模塊的啟動(dòng)則由主控模塊控制。該模塊主要完成系統啟動(dòng)時(shí)的初始化工作，協(xié)調其他功能模塊的調度，系統必須從該模塊開(kāi)始才能正常運行。參數設置模塊：此模塊為查詢(xún)設置窗口，主要設置系統的各種運行參數，如參數的添加、刪除、修改等基本功能操作。循環(huán)監控模塊：主要是實(shí)時(shí)在線(xiàn)顯示采集到的監測數據，并負責將其寫(xiě)入內存。其工作過(guò)程是定時(shí)從共享內存中讀取采集到數據信息，并對數據進(jìn)行分析后在界面上顯示出來(lái)?？蓪⒄祿统瑯藬祿珠_(kāi)顯示，讓用戶(hù)更容易對數據進(jìn)行監控。報警與通信模塊：從報警數據共享內存中讀取報警數據，并向用戶(hù)發(fā)送信息或圖片等，提醒用戶(hù)進(jìn)行操控同時(shí)在界面上顯示報警信息的位置和報警的原因，方便用戶(hù)了解報警信息；而通信模塊接收從各個(gè)監測單元中發(fā)送來(lái)的監測數據，處理后將其寫(xiě)人監測數據共享內存中，以便查詢(xún)。

　　4．2下位機監控程序設計

　　以PIC16F873型單片機為從控制器，系統軟件設計流程如圖4所示。硬件方面需采用相應的傳感器，如攝像頭、煙霧等傳感器將采集到的模擬參數送人各自的信號處理電路進(jìn)行處理(放大、濾波等)，然后送入單片機PIC16F873進(jìn)行A／D轉換，然后通過(guò)單片機進(jìn)行控制處理。因采樣點(diǎn)較多，故對各監控模塊進(jìn)行編號，這樣單片機PIC16F873可采用定時(shí)循環(huán)方式采集各個(gè)監控模塊的參數，并將相關(guān)參數值實(shí)時(shí)送至PC機，以便用戶(hù)通過(guò)智能手機訪(fǎng)問(wèn)此PC機來(lái)查看各設備的運行情況。當判斷監控模塊i的信號時(shí)，若判斷正常則修改循環(huán)監控模塊檢測參數，對下一個(gè)監控模塊進(jìn)行檢測，如此循環(huán)往復：當模塊i的檢測信號判斷不正常時(shí)，則發(fā)出報警，并啟動(dòng)相應的異常應急處理程序，同時(shí)檢測下一模塊信號，這樣循環(huán)往復按順序檢測每一監控模塊。

　　5結束語(yǔ)

　　該系統利用智能手機與PC機及一些簡(jiǎn)單外圍電路實(shí)現智能家居工作狀態(tài)的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)監控，其數據采集系統可通過(guò)改進(jìn)傳感器節點(diǎn)，逐步拓展至其他諸如工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域對象的狀態(tài)監測。該系統的最大優(yōu)點(diǎn)是利用公用的移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等資源快速建網(wǎng)，且通信可靠、投資少，具有廣闊的應用前景，但在各方面還有待完善和提高的地方。