基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案

摘 要：分析了智能家居的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種基于公共交換電話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的總體方案，闡述了該系統(tǒng)的工作原理及軟硬件的設(shè)計方法與過程。 該系統(tǒng)利用計算機和紅外遙控等技術(shù)實現(xiàn)了一個智能化的窗簾機構(gòu)，采用雙音多頻信號進行信息的傳輸，實現(xiàn)了家居的安全防護和家電的遠程控制。 經(jīng)過調(diào)試與檢測證明，該系統(tǒng)具有性能可靠、功能豐富、易于使用等特點，具有廣泛的實用價值。

近年來，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(tǒng)的研究與開發(fā)提供了堅實的技術(shù)平臺。 通常把智能家居定義為一個整體，即利用先進的計算機技術(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，將與家居生活相關(guān)的各個部分有機結(jié)合成一個特殊的集成系統(tǒng)。 伴隨著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(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€具備以下條件的集成系統(tǒng)：首先，要在家居中建立一個通訊網(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，通過相應的硬件和執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對所有家電和設(shè)備的控制與監(jiān)測;其次，所有家電和設(shè)備都要通過一定的媒介平臺，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實現(xiàn)與外部世界的信息交流，滿足遠程控制、監(jiān)測和交換信息的需求;最后，要滿足人們對家居安全、舒適、方便、高效和環(huán)境保護的需求。

智能家居系統(tǒng)的控制命令與信息的傳輸可以通過2種途徑實現(xiàn)：無線傳輸方式和有線傳輸方式。 隨著經(jīng)濟實力的日益增長，高速、可靠的公共電話網(wǎng)絡(luò)( PSTN)已經(jīng)覆蓋了絕大多數(shù)的地區(qū)和家庭，有線電話線上的雙音多頻(DTMF)信號除了用于建立通話連接外，也可廣泛應用于數(shù)據(jù)通信，且具有較強的抗干擾能力，所以利用公話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家居設(shè)施的控制在技術(shù)上是完全可行的。 與采用無線通信方式相比，采用公話網(wǎng)不需進行專門的布線，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時性。 因此，基于公用電話網(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(以下簡稱安防) 、家用電器的遠程監(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， 定時開合控制， 光控、雨控等人性化的自動控制等。

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

3) 家用電器的遠程控制。 在遠端撥入住宅電話號碼，延時若干秒后系統(tǒng)自動接通，用戶首先輸入密碼，然后再輸入操作指令，即可對家用電器設(shè)備進行遠程控制。 操作過程中將給出必要的語音提示。

1. 2 系統(tǒng)的總體方案

根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)置，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的特點與要求，可將整個系統(tǒng)劃分為環(huán)境與安防檢測、控制，以及設(shè)備驅(qū)動等三大部分。 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(也稱主控板)和安防報警與家電控制模塊(也稱報警與控制板)構(gòu)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電話撥號、報警、提示語音的錄放，以及電話號碼和家電控制操作碼(密碼與指令碼)的存儲、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

本系統(tǒng)力求使用性價比高的電路芯片實現(xiàn)各項功能，經(jīng)過技術(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(nèi)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(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，以滿足體積與功耗的要求。