基于手機(jī)遠(yuǎn)程遙控和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)

4溫濕度傳感器

這里采用DHT-11型濕度傳感器，來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的檢測(cè)

5屋內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器

通過設(shè)置在屋里的溫度傳感器，可以監(jiān)測(cè)到溫度有沒有超過設(shè)定值，如果超過了設(shè)定值，就自動(dòng)打開吊扇或者通過學(xué)習(xí)型遙控裝置打開屋里面空調(diào)，調(diào)節(jié)室溫，這里采用板上集成的溫度傳感器。

6屋內(nèi)亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器

通過設(shè)置在屋里的光照強(qiáng)度傳感器，可以監(jiān)控到屋里的光照強(qiáng)度，一旦屋里的光照強(qiáng)度在一定的范圍之外時(shí)候，通過控制百葉窗和屋里的照明燈裝置來調(diào)節(jié)屋里的光照強(qiáng)度，使屋內(nèi)光線在一個(gè)最合適的亮度,這里采用板上集成對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.4 GSM模塊的接口與設(shè)計(jì)

1 TC35模塊組成

Siemens公司的TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。

2 TC35模塊通信電路

數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300bps～115kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為4.8kbps～115kbps（14.4kbps和28.8kbps除外）。TC35模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。

3 TC35模塊與MCU連接方式

單片機(jī)與TC35一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以TI公司的MAX3238芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信距離較短，紅外傳播的方向性對(duì)接口相對(duì)位置有要求。采用電纜連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)就會(huì)對(duì)手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)具有GPRS功能的GSM手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，GSM手機(jī)模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來控制手機(jī)模塊，并且對(duì)收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國共有8種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。

3.1.4紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì)

1.紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想

對(duì)于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對(duì)空調(diào)以及其他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開關(guān)等，雖然紅外遙控在家電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見的萬能遙控器只能對(duì)某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬能”。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機(jī)對(duì)遙控器的發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號(hào)波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能”。也為整個(gè)控制器的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)用戶可以通過任意操作方式對(duì)這類家電進(jìn)行控制時(shí)，紅外插座或開關(guān)會(huì)向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙控指令，從而控制電器的運(yùn)行狀態(tài)。

2紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實(shí)現(xiàn)。集中各設(shè)備的方法是首先對(duì)各設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)，然后在需要時(shí)進(jìn)行還原，以控制對(duì)應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與還原的核心部分，紅外接收部分由CX20106解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射部分有紅外發(fā)光管極其驅(qū)動(dòng)部分組成。

通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)。PWM碼以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。PPM碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。

遙控編碼脈沖信號(hào)（以PPM碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平上有一定的區(qū)別），用來標(biāo)志遙控編碼脈沖的開始。系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對(duì)傳輸過程中是否產(chǎn)生差錯(cuò)。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38KHz（周期為26.3ms）的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。

由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測(cè)量。雖然它的二進(jìn)制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級(jí)的，因而，采用單片機(jī)的定時(shí)器來測(cè)量它的脈沖寬度，然后存儲(chǔ)，還原是完全可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際證明這種思路是可行的，而且電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)關(guān)系并且存儲(chǔ)到外部儲(chǔ)蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。

圖3.5-1 紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì)

圖3.5-2 紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計(jì)

3.1.5電源電路設(shè)計(jì)

1． 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對(duì)且對(duì)5V電源的要求比較高，其中TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A,故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換,作為對(duì)TC35終端和其他5V單元的供電。必須特別注意的是,如圖3.3-1由LM2576芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容,以提高儲(chǔ)能的能力,達(dá)到單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。

圖3.3-1 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路