基于手機遠程遙控和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居控制系統，詳細的軟硬件架構（原理圖、流程圖、詳細參數）

一、項目概述

1.1 引言

21世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的巨大進(jìn)步。你是否想一踏入家門(mén)就是一個(gè)光照度和溫濕度舒適的環(huán)境，你是否在外邊擔心家里的安全，你是否想遙在外邊想通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電話(huà)就能控制家里的電器等。本文介紹的數字化家居控制系統可以使得人們可以通過(guò)手機或電話(huà)在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對家中的任意電器（空調、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機）進(jìn)行遠程控制；也可以在下班途中，預先將家中的空調打開(kāi)、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(shí)現都僅僅是打一個(gè)簡(jiǎn)單的電話(huà)。該系統除了具有手機遠程控制功能后，還能通過(guò)自身的傳感器模塊感知外界環(huán)境的具體情況，并會(huì )根據實(shí)際情況進(jìn)行適當的調整。在陰暗的天氣里，它會(huì )自動(dòng)打開(kāi)燈，并調整燈的亮度，在陽(yáng)光充足的天氣里，它會(huì )自動(dòng)關(guān)閉燈，或者將燈光調暗，并且與百葉窗配合來(lái)控制家里的光照度，由于本項目采用的是亮度可調的LED燈，所以對于節能和環(huán)保都有很大的意義。此外，該系統還可使家庭具有多途徑報警、遠程監控等多種功能，如果不幸出現某種險情，您和110可以在第一時(shí)間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動(dòng)。舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì )進(jìn)步的標志，智能家居控制系統能夠在不改變家中任何家電的情況下，對家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來(lái)的簡(jiǎn)便而時(shí)尚的現代生活。

實(shí)現智能化離不開(kāi)運算和控制單元，本系統采用AT32UC3A0512作為主控器件，單片機應用系統由硬件和軟件組成。硬件由單片機擴展的存儲器、輸入/出設備以及各種實(shí)現單片機系統控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機應用系統實(shí)現其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。在單片機應用系統開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應不斷調整軟、硬件，協(xié)調地進(jìn)行軟、硬件設計，以提高工作效率，當系統硬件和軟件緊密配合、協(xié)調一致，就可以組成高性能的單片機應用系統。本課題完成了單片機應用系統其開(kāi)發(fā)過(guò)程的系統的總體設計、硬件設計、軟件設計和系統調試，根據開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調、交叉，有機的進(jìn)行。本設計的MCU與各個(gè)芯片和模塊的接口、各項標準都嚴格遵循國家有關(guān)標準，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎。

本系統的手機遠程控制是基于電話(huà)交換網(wǎng)絡(luò )的國際雙音頻通信標準DTMF通信方式，程控交換信令作為系統控制命令，采用MT8870雙音頻編解碼電路實(shí)現，單片機通過(guò)MT8870識別來(lái)自手機的網(wǎng)絡(luò )的控制信號，用戶(hù)只需撥通家中的控制手機就可以根據系統的語(yǔ)音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現用戶(hù)身份的識別、遠程控制和安防操作；各種傳感器的檢測是利用數據采集系統將多路被測量值轉換成數字量，再經(jīng)過(guò)單片機進(jìn)行數據處理，實(shí)現實(shí)時(shí)測控；短消息發(fā)送部分采用基于SIEMENS TC35 GSM模塊TC35 modem 和TI公司的電平轉換芯片MAX3238等器件構成的移動(dòng)終端的硬件電路可以完成短消息收發(fā)等功能。

在設計本系統時(shí)，面對各種檢測對象和大量控制單元，需要利用各種接口標準和MCU進(jìn)行連接，再經(jīng)過(guò)MCU進(jìn)行數據處理，實(shí)現實(shí)時(shí)測控。而此時(shí)采用單片機來(lái)實(shí)現智能家居控制系統不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調性，從而大大提高系統的可利用性。此次系統設計統正是把MT8870、TC35 modem與AT32UC3A0512單片機有機的結合起來(lái)，順利的完成了本設計的要求。并且實(shí)現了學(xué)習型遠程紅外遙控功能，為控制紅外家電和設備提供了良好的基礎。本系統也可應用于工農業(yè)中,實(shí)現對無(wú)人值守崗位的遠程監控等。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

21世紀是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。自從1876年，Alexander Graham Bell（貝爾）發(fā)明電話(huà)以來(lái)，世界各國的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展非常迅速，近十年來(lái)，中國的固定電話(huà)業(yè)務(wù)呈現出舉世矚目的快速增長(cháng)。1997年8月局用電話(huà)交換機總容量突破1億門(mén)，網(wǎng)絡(luò )規模躍居世界第二位，2006年初固定電話(huà)用戶(hù)總數達到35539.2萬(wàn)戶(hù)，移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)達到40407.2萬(wàn)戶(hù)，現代電話(huà)網(wǎng)絡(luò )是由程控交換機進(jìn)行交換傳輸，移動(dòng)通信也從模擬時(shí)代走向了高度數字化時(shí)代，它們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，而且可靠性非常高。

正是因為通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現了生活現代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。智能家居控制系統的主要功能包括通信、設備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。

隨著(zhù)新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強，各種傳感器都已經(jīng)標準化、模塊化這給智能家居控制系統的設計提供極大方便。

手機遠程控制作為一較新的課題與常規的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)。同時(shí)，由于手機各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現有的手機網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。另外手機屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現出利用手機進(jìn)行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過(guò)各種提示音即時(shí)了解受控對象的有關(guān)信息，從而進(jìn)行進(jìn)一步的操作。手機遙控部分課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實(shí)驗室階段，因而距離實(shí)際應用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現出手機遙控方式的雙工通信特點(diǎn)。本設計正是針對這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采取單片機智能控制，利用不同的提示音達到對于不同操作的提示及對受控方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時(shí)了解受控方信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。

短信息服務(wù)（Short Message Service，SMS）是GSM（Global System for Mobile Comm unication）系統中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過(guò)服務(wù)中心(service center)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉發(fā)功能。短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò )的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來(lái)越多的系統運營(yíng)商和系統開(kāi)發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應用也蓬勃發(fā)展起來(lái)。由于GSM網(wǎng)絡(luò )在全國范圍內實(shí)現了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò )能力強的特點(diǎn)，用戶(hù)無(wú)需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍的同時(shí)為客戶(hù)節省了昂貴的建網(wǎng)費用和維護費用。同時(shí)，他對用戶(hù)的數量也沒(méi)有限制，克服了傳統的專(zhuān)網(wǎng)通信系統投資成本大、維護費用高、且網(wǎng)絡(luò )監控的覆蓋范圍和用戶(hù)數量有限的缺陷。比傳統的集群系統在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢，加上GSM的SMS本身具備的數據傳送功能，都使得這些應用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信還具有雙向數據傳輸功能，性能穩定，為遠程數據傳送和監控設備的通信提供了一個(gè)強大的支持平臺。在此以GSM網(wǎng)絡(luò )作為數據無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，它可以應用在銀行、儲蓄點(diǎn)機房監控、電信機房動(dòng)力環(huán)境監控、通信行業(yè)遠端無(wú)人值守站機房監控和遠程維護（如移動(dòng)通信基站、微波站、光纖中繼站等）及其他無(wú)人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監控及城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監控維護系統像煤氣調壓站、自來(lái)水、污水管網(wǎng)和熱力系統 、電力系統城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統采用了Siemens公司新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊TC35是，它設計小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統的設計。

另外本系統應用了當前最熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在智能家居的終端控制設備和相應的節點(diǎn)上采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，準備應用zigbee或者rf模塊來(lái)達到無(wú)線(xiàn)化的理想家居環(huán)境。另外，智能樓宇在當今也算是一個(gè)比較新興的市場(chǎng)，國務(wù)院在十二五中就提到了物聯(lián)網(wǎng)，也提到了智能家居的發(fā)展方向以及重點(diǎn)公關(guān)，相信智能家居和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)會(huì )在未來(lái)十年內得到很大的發(fā)展。

而且，在中國，智能家居的發(fā)展時(shí)間雖不長(cháng)，但是從國內家電巨頭及網(wǎng)絡(luò )巨子的紛紛出手試水智能家居市場(chǎng)以及許多國際大企業(yè)對國內智能家居廠(chǎng)家并購案可以看出，中國智能家居市場(chǎng)潛在著(zhù)巨大商機。全國房地產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，小區智能化已成為一項基本要求，再配上智能家居，“全智能”的概念必然給房地產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的賣(mài)點(diǎn)和活力，因此“全智能”是二十一世紀房產(chǎn)開(kāi)發(fā)商力推的主題，這也意味著(zhù)，我國智能家居產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展契機。

中國富有階層正在形成，該部分家庭戶(hù)均年收入在5.6萬(wàn)元以上，人口約4460萬(wàn)人，1400多萬(wàn)戶(hù)，占城市人口的10%，總人口的3.5%，占全社會(huì )消費購買(mǎi)力總和6萬(wàn)億元的17%左右，因此主要針對這部分人的智能家居系統其市場(chǎng)總量為1400萬(wàn)套。正是在這種情況下，近兩年來(lái)，智能家居系統的銷(xiāo)售數量和總銷(xiāo)售額都呈現連續攀升的勢頭，智能家居市場(chǎng)從南方沿海地區和內地大中型城市已經(jīng)輻射到西部地區。我國2009年智能家居市場(chǎng)規模達到420億元，由于一系列向好因素的刺激作用，之后幾年市場(chǎng)規模增速將超過(guò)20%，2015年預計將達到1240億元。本項目正是居于此市場(chǎng)因素的考慮下，逐手組建智能家居終端控制系統的，因此具有較大的市場(chǎng)前景。