近年來，計(jì)算機(jī)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(tǒng)的研究與開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)平臺(tái)。通常把智能家居定義為一個(gè)整體，即利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)，將與家居生活相關(guān)的各個(gè)部分有機(jī)結(jié)合成一個(gè)特殊的集成系統(tǒng)。伴隨著智能家居功能的不斷細(xì)化，其概念逐步得到延伸，更多地考慮到了居民對(duì)住宅環(huán)境性能的要求。因此，現(xiàn)階段的智能家居系統(tǒng)已從原先以智能化為重心的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)具備以下條件的集成系統(tǒng)：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(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家電和設(shè)備的控制與監(jiān)測(cè)；其次，所有家電和設(shè)備都要通過一定的媒介平臺(tái)，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實(shí)現(xiàn)與外部世界的信息交流，滿足遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)和交換信息的需求；zui后，要滿足人們對(duì)家居安全、舒適、方便、和環(huán)境保護(hù)的需求。
智能家居系統(tǒng)的控制命令與信息的傳輸可以通過2種途徑實(shí)現(xiàn)：無線傳輸方式和有線傳輸方式。隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的日益增長(zhǎng)，高速、可靠的公共網(wǎng)絡(luò)（pstn）已經(jīng)覆蓋了絕大多數(shù)的地區(qū)和家庭，線上的雙音多頻（dtmf）信號(hào)除了用于建立通話連接外，也可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信，且具有較強(qiáng)的抗*力，所以利用公話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)家居設(shè)施的控制在技術(shù)上是*可行的。與采用無線通信方式相比，采用公話網(wǎng)不需進(jìn)行專門的布線，也不占用無線電頻率資源，基本上沒有電磁污染，也無需大量的額外投資；而與采用有線ip網(wǎng)絡(luò)（internet）的通信方式相比，采用公話網(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(jì)性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，研究開發(fā)一種基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
1、系統(tǒng)的總體研究
1.1系統(tǒng)的功能需求
家居系統(tǒng)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(hù)（以下簡(jiǎn)稱安防）、家用電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控等內(nèi)容，因此，基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)可以設(shè)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(jiān)控與報(bào)警，主要包括燃?xì)猓簹狻⑻烊粴?、液化器）泄漏監(jiān)控，窗幕探測(cè)器監(jiān)控，門磁偶合監(jiān)控。
3）家用電器的遠(yuǎn)程控制。在遠(yuǎn)端撥入住宅，延時(shí)若干秒后系統(tǒng)自動(dòng)接通，用戶首先輸入密碼，然后再輸入操作指令，即可對(duì)家用電器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。操作過程中將給出必要的語(yǔ)音提示。
1.2系統(tǒng)的總體方案
根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)置，結(jié)合計(jì)算機(jī)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(tǒng)劃分為環(huán)境與安防檢測(cè)、控制，以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)等三大部分。環(huán)境與安防檢測(cè)部分由光照、雨水、燃?xì)鈾z測(cè)器及窗幕、門磁探測(cè)器等傳感檢測(cè)器組成?？刂撇糠种饕芍骺啬K（也稱主控板）和安防報(bào)警與家電控制模塊（也稱報(bào)警與控制板）構(gòu)成，其中主控板負(fù)責(zé)智能窗簾的控制和安防報(bào)警信號(hào)的采集。報(bào)警與控制板完成自動(dòng)撥號(hào)、報(bào)警、提示語(yǔ)音的錄放，以及和家電控制操作碼（密碼與指令碼）的存儲(chǔ)、查詢與修改。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)力求使用性價(jià)比高的電路芯片實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，經(jīng)過技術(shù)分析，主控板和報(bào)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(jī)。這種單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位微控制器，內(nèi)嵌8k可編程flash存儲(chǔ)器，屬于mcs單片機(jī)產(chǎn)品系列，已為眾多嵌入式系統(tǒng)所選用。窗簾遙控器的mcu則采用該系列中貼片式mcs89c2051單片機(jī)，以滿足體積與功耗的要求。
2.1主控模塊
主控模塊主要包括mcu及外圍電路、窗簾電機(jī)控制電路、窗幕探測(cè)（紅外感應(yīng)）處理和燃?xì)鈾z測(cè)處理等單元電路，以及mcu與光照、雨水、門磁等傳感器、報(bào)警與控制板的接口，如圖2所示。
圖2主控模塊的電路結(jié)構(gòu)
1）mcu及外圍電路。主要包括mcu（89s52）、時(shí)鐘電路、isp在線編程電路（com）及遙控器信號(hào)接收單元（ir），電路如圖3所示。連接器j4用于接收由環(huán)境監(jiān)測(cè)和安防傳感器及處理電路發(fā)送的狀態(tài)信息，j5主要用于向報(bào)警與控制板發(fā)送各類報(bào)警請(qǐng)求。
圖3mcu及外圍電路
2）電機(jī)控制電路。為了實(shí)現(xiàn)窗簾的電動(dòng)控制，選用可正反雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的低速交流同步電機(jī)，由市電220v供電。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)zui大行程的機(jī)械控制裝置與電機(jī)一起封裝在窗簾電機(jī)盒內(nèi)，安裝時(shí)可根據(jù)窗簾的尺寸來設(shè)置。窗簾電機(jī)的控制電路如圖4所示。
圖4窗簾電機(jī)控制電路
acl和acn分別為ac220v交流電的火線、零線，由mcu的p13和p14端口對(duì)繼電器j5和j6進(jìn)行控制，“1”電平為動(dòng)作，“0”電平為釋放。j5動(dòng)作、j6釋放則電機(jī)正轉(zhuǎn)；j6動(dòng)作、j5釋放則電機(jī)反轉(zhuǎn)；j5和j6都不動(dòng)作，則電機(jī)不轉(zhuǎn)。
2.2安防報(bào)警與遠(yuǎn)程控制模塊
該模塊主要包含mcu及外圍電路、與公話網(wǎng)相連的接口電路、振鈴的檢測(cè)電路、信號(hào)音的檢測(cè)電路、和遠(yuǎn)程控制操作碼的收發(fā)電路、報(bào)警和提示語(yǔ)音的錄放電路、lcd顯示電路和鍵盤電路（16鍵）等，如圖5所示。
1）mcu及外圍電路。主要包括mcu、時(shí)鐘電路和串行flash存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器用來預(yù)存報(bào)警時(shí)自動(dòng)的（如主人手機(jī)、辦公室、110等）和家電遠(yuǎn)程控制的操作碼，選用容量為256字節(jié)的at24c02，采用i2c總線結(jié)構(gòu)與mcu的端口進(jìn)行連接。
2）接口及振鈴檢測(cè)電路。主要包括的摘機(jī)電路，音頻偶合變壓器（用于信號(hào)音、報(bào)警及提示語(yǔ)音、dtmf信號(hào)與外線的偶合），以及振鈴檢測(cè)電路，如圖6所示。
圖6中sign為音頻偶合變壓器與信號(hào)音檢測(cè)電路的接口，tone為雙音多頻（dtmf）號(hào)碼收發(fā)電路的接口，sp+與sp–為語(yǔ)音播放電路的接口。
摘機(jī)電路：由mcu控制繼電器jp1來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)mcu的p36端口送出高電平時(shí)，三極管q1導(dǎo)通，繼電器jp1動(dòng)作，jp1的接點(diǎn)7和8與外線相連，并通過r2等元件構(gòu)成摘機(jī)回路；當(dāng)p36端口送出低電平時(shí)，則摘機(jī)回路斷開，回到掛機(jī)狀態(tài)。
鈴流檢測(cè)電路：用于家電的遠(yuǎn)程控制。振鈴信號(hào)是40±15v/25hz的正弦波。當(dāng)該信號(hào)到來時(shí)，線路上的正弦波信號(hào)疊加在直流電壓上變成90±15v電壓，經(jīng)過整流后擊穿穩(wěn)壓管d6再驅(qū)動(dòng)光電耦合器q2，從q2的c極輸出方波信號(hào)送至mcu的int0中斷口，累計(jì)振鈴次數(shù)，達(dá)到預(yù)定次數(shù)mcu則控制自動(dòng)摘機(jī)，進(jìn)行家電的遠(yuǎn)程控制處理。
3）信號(hào)音檢測(cè)電路。主要由信號(hào)音檢測(cè)芯片cr6230來完成，其信號(hào)輸入管腳sign與音頻變壓器的管腳4相連，可準(zhǔn)確識(shí)別線路的撥號(hào)音、回鈴音、忙音、催掛音等各種信號(hào)音，其狀態(tài)通過4個(gè)管腳輸出，再連至mcu的端口。mcu只需讀取端口即可。
4）號(hào)碼和操作碼的收發(fā)電路。主要完成的發(fā)送（撥號(hào)）及遠(yuǎn)程控制操作碼的接收（收號(hào)）。由于公共網(wǎng)上的號(hào)碼與信令都是以dtmf制式來傳輸?shù)?，所以決定采用mi公司的dtmf收發(fā)集成電路mt8880，如圖7所示。該元件的dtmf信號(hào)的輸入（in-）/輸出（tone）端通過外圍放大電路與音頻變壓器的第2管腳相連，號(hào)碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過管腳d3、d2、d1、d0與mcu的i/o端口相連，從而使撥號(hào)號(hào)碼的dtmf信號(hào)可上傳到線路，遠(yuǎn)端送到線路上的dtmf信號(hào)也可被譯碼成遠(yuǎn)程控制操作碼由mcu讀取。
圖7dtmf信號(hào)的收發(fā)電路
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件程序包括主控程序，安防監(jiān)控報(bào)警程序，定時(shí)、紅外遙控信號(hào)的接收程序，振鈴、撥號(hào)、收號(hào)等中斷處理程序，家電遠(yuǎn)程控制程序，以及遙控器的信號(hào)發(fā)射程序等，主要采用c語(yǔ)言設(shè)計(jì)。由于篇幅所限，這里只給出主控程序和報(bào)警程序的設(shè)計(jì)思路和處理流程。
3.1主控程序的設(shè)計(jì)
主控程序裝載于主控板的mcu芯片的flash存儲(chǔ)器中，主要功能是完成以下功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)的初始化，接收和處理遙控器發(fā)送的窗簾控制命令；在定時(shí)中斷程序的配合下進(jìn)行窗簾的定時(shí)開合的控制；掃描紅外感應(yīng)、燃?xì)鈾z測(cè)等傳感器的輸出信號(hào)，如有報(bào)警，當(dāng)有人在家時(shí)（未設(shè)防）播放聲音提示，無人在家時(shí)則向報(bào)警與控制板發(fā)出請(qǐng)求，再由該板完成撥號(hào)報(bào)警處理。主控程序的處理流程如圖8所示。
圖8主控程序流程
3.2安防監(jiān)控報(bào)警程序的設(shè)計(jì)
該程序裝載于報(bào)警與控制板的mcu芯片中，振鈴、撥號(hào)、收號(hào)等中斷處理程序也駐留在該芯片內(nèi)，主要實(shí)現(xiàn)循環(huán)撥號(hào)、向摘機(jī)者播放報(bào)警留言語(yǔ)音，以及（及遠(yuǎn)程控制操作碼）的預(yù)存、查詢與更新等功能。程序的處理流程如圖9所示。
圖9安防報(bào)警程序流程
4、結(jié)束語(yǔ)
通過近1年的工作，基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)已完成了樣品的研制，經(jīng)試用檢測(cè)，基本上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能，具有性能穩(wěn)定、功能齊全、操作簡(jiǎn)便、安裝快捷等特點(diǎn)，適用于絕大多數(shù)的家庭和場(chǎng)館大樓，可為廣大公眾提供一個(gè)舒適、安全、方便的生活與辦公環(huán)境，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。