【正文】 摘 要本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，設(shè)計(jì)一種智能家居系統(tǒng)，對(duì)家庭實(shí)現(xiàn)智能化管理。該系統(tǒng)由主控、安防、溫度檢測(cè)、線路監(jiān)控等模塊組成，各模塊間的通信由RS485總線實(shí)現(xiàn)。同時(shí)該設(shè)計(jì)選用GSM模塊讓用戶對(duì)家居實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到遠(yuǎn)程控制家居的目的；本地控制是通過本地鍵盤和顯示，進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)本地控制目的。整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到安防、溫度檢測(cè)、電器控制等功能的遠(yuǎn)程和本地控制。【關(guān)鍵詞】智能家居系統(tǒng)、單片機(jī)、GSM、遠(yuǎn)程控制、RS485總線AbstractA kind of smart home system based on the control chip of STC89C52 singlechip is designed to manage the intelligent home. The system consists of control, security, temperature and humidity detection modules, using Controller Area Network(RS485) bus to municate each other. At the same time, the design allows users to choose GSM module for remote home monitoring, to achieve the purpose of remote control at home。 local control through the local keyboard and display for Human Machine Interface(HMI), to achieve the purpose of local control. The system is capable of security, temperature and humidity detecting, and controlling electrical device remotely and locally.【Key words】Smart Home System；MCU；GSM；Remote Control；RS485 bus 目 錄1 前言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平的快速提高，尤其是手機(jī)等通信手段的普及以及微處理器的飛速發(fā)展，人們對(duì)其生活住宅環(huán)境的要求也越來越高。表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適、溫馨的住所，而且對(duì)安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，因此智能家居系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多小區(qū)安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，大大提高了小區(qū)的安全度，有效保證了人們的人身財(cái)產(chǎn)安全，但是光有安防還不夠，還需要更多智能性的功能，比如智能家用電器控制、智能溫濕度控制等，這就需要一套智能家居系統(tǒng)，讓居民對(duì)家居實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程控制，這將成為現(xiàn)代化家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。 智能家居系統(tǒng)的概念及一般功能智能家居系統(tǒng)（Smart Home System）的概念最早出現(xiàn)于美國(guó)。它一般是指將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個(gè)智能家庭控制器上，并把其中的一些設(shè)備和裝置通過家庭網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住戶及環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)[1][3]。一般具有如下特征：(1) 家庭中具備完善的、綜合的安保防災(zāi)措施和生活服務(wù)的智能控制器；(2) 家庭與小區(qū)及社會(huì)具有高度的信息交互能力；(3) 家庭內(nèi)部具備完善的安保措施、全面的設(shè)施監(jiān)控管理和信息化的服務(wù)管理；(4) 為家庭提供多媒體信息服務(wù)。智能家居系統(tǒng)一般具有如下功能：(1)庭聯(lián)網(wǎng)功能；(2)短信收發(fā)功能；(3)防盜報(bào)警功能；(4)防災(zāi)報(bào)警功能；(5)求助報(bào)警功能；(6)場(chǎng)景控制功能；(7)定時(shí)控制功能；(8)遠(yuǎn)程控制功能；(9)聯(lián)動(dòng)控制功能。 智能家居的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)智能家居與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性、甚至合理控制各種能源的使用。 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外，智能家居常被稱為“SmartHome”。目前，世界上許多計(jì)算機(jī)、通信、家電行業(yè)的巨人都認(rèn)識(shí)到它的巨大市場(chǎng)潛力，紛紛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。Cisco、Intel、Nortel、Motorola、Lucent、3Com、IBM、Ericsson和松下等公司都己開始建立智能信息家電和智能家居公司。目前已出現(xiàn)在市場(chǎng)上的智能信息家電和智能家居類的產(chǎn)品主要有:(1) 美國(guó)的X10系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采取集中控制方式實(shí)現(xiàn)多種功能，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用極少，這套系統(tǒng)的功能較為強(qiáng)大，但它暫時(shí)不具備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推廣的條件。首先，它是基于美國(guó)的電力環(huán)境設(shè)計(jì)的，很難適應(yīng)國(guó)內(nèi)惡劣的電力線環(huán)境。其次，它的功能雖然強(qiáng)大，但是針對(duì)西方消費(fèi)的習(xí)慣設(shè)計(jì)的，難以滿足國(guó)內(nèi)消費(fèi)者的要求。最后，也是最為重要的因素，它的價(jià)格也是國(guó)內(nèi)的房地產(chǎn)品和普通消費(fèi)難以接受的。(2) 德國(guó)的EBI系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用的是預(yù)埋總線及中央控制方式實(shí)現(xiàn)各種控制功能，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用極少。究其原因，一個(gè)是其工程要求較為復(fù)雜、嚴(yán)格。另一方面，由于它需要進(jìn)行線路預(yù)埋，因此主要客戶對(duì)象是新建小區(qū)的開發(fā)商，但它較高的價(jià)格是這些開發(fā)商所難以承受的，所以一直無法打開國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。(3) 新加坡8X系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用預(yù)埋總線和集中控制方式實(shí)現(xiàn)各種功能，同時(shí)，利用的產(chǎn)品可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。目前該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)有少量應(yīng)用。應(yīng)該說8X 系統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)較為成熟，是比較適合中國(guó)國(guó)情的系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)及東南亞市場(chǎng)有成功應(yīng)用的范例，但在系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性、價(jià)格等方面還難以滿足要求。首先，8X采用的預(yù)埋總線方式?jīng)Q定了它的切入點(diǎn)只能是新建小區(qū)，對(duì)于舊房改造這一潛在的巨大市場(chǎng)它無能為力。其8X 集中控制的方式降低了用戶的可選擇性，前期投入成本較高，而這正是房地產(chǎn)商最為關(guān)心的問題[2]。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的智能家居相對(duì)于國(guó)外起步較晚，尚未形成一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要采用國(guó)外的技術(shù)和產(chǎn)品閣，但也有一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，其中主要有:(1) 清華同方的eHome數(shù)字家園。清華同方智能家居控制系統(tǒng)是專門針對(duì)中國(guó)家庭設(shè)計(jì)的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，遵循國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及末端設(shè)備等全系列家庭自動(dòng)化產(chǎn)品。系統(tǒng)可以提供的功能有:智能調(diào)光、家電管理、遠(yuǎn)程控制、家政保安、環(huán)境設(shè)置和窗簾控制等功能。清華同方的eHome 數(shù)字家園主要是在智能大廈、智能小區(qū)的建設(shè)中，提供完整的系統(tǒng)解決方案，產(chǎn)品以功能模塊開發(fā)為主，采用國(guó)外成熟的智能家居標(biāo)準(zhǔn)之上。(2) 海爾的“e家庭”。2000年9月海爾提出“e家庭”概念，并計(jì)劃陸續(xù)推出以下的“e家庭”產(chǎn)品:家庭無線網(wǎng)絡(luò)、整體智能廚房、整體衛(wèi)浴、智能上網(wǎng)設(shè)備、ebook、掌上智能設(shè)備、指紋/瞳孔識(shí)別系統(tǒng)、TabletPC等產(chǎn)品。海爾的“e家庭”以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，以海爾移動(dòng)電話作為移動(dòng)數(shù)字控制中心。在技術(shù)方面，海爾與微軟合作，利用微軟的windowsMe 技術(shù)和海爾的網(wǎng)絡(luò)家電技術(shù)，使“e 家庭”己具雛形，海爾己推出了網(wǎng)海爾的“e家庭”科隆的“現(xiàn)代家居信息服務(wù)集散控制系統(tǒng)”絡(luò)洗衣機(jī)、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)熱水器、網(wǎng)絡(luò)微波爐等一系列信息家電的產(chǎn)品 。(3) 科隆的“現(xiàn)代家居信息服務(wù)集散控制系統(tǒng)”?？坡〖瘓F(tuán)推出的“現(xiàn)代家居信息服務(wù)集散控制系統(tǒng)”，有效地集成了家電智能控制、家電遠(yuǎn)程故障診斷及維護(hù)、遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)控制和家庭娛樂諸項(xiàng)功能。以上三種具有代表性的我國(guó)智能家居系統(tǒng)，是不同企業(yè)和科研單位從不同角度和立場(chǎng)理解智能家居的結(jié)果,由于 智 能 家居系統(tǒng)現(xiàn)在還缺乏統(tǒng)一明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此很多公司開發(fā)出的產(chǎn)品使用的是自己組網(wǎng)技術(shù)和信息交換協(xié)議，有的核心技術(shù)沒有對(duì)外公開，技術(shù)復(fù)雜，不易掌握，有很多產(chǎn)品是針對(duì)特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的產(chǎn)品，因此，限制了其使用的范圍，而且由于是少數(shù)幾家公司約定的技術(shù)，相關(guān)第三方產(chǎn)品缺乏，各個(gè)接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，用戶擴(kuò)充系很不方便，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。還有的系統(tǒng)成本太高，普通用戶難以承受，所以也沒能廣泛推廣使用。因此設(shè)計(jì)一個(gè)符合國(guó)情、符合國(guó)家規(guī)范的集遠(yuǎn)程控制和本地控制為一體的智能家居控制系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。 智能家居系統(tǒng)的發(fā)展方向(1) 向“一體化系統(tǒng)集成”方向發(fā)展。家居智能化需滿足自動(dòng)化管理、三表計(jì)量、安全防范監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、對(duì)講呼叫、設(shè)備監(jiān)控等六方面內(nèi)容，把六項(xiàng)內(nèi)容的智能化功能集成，從而降低成本，是其未來發(fā)展的一個(gè)方向。(2) 向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。智能化的本質(zhì)之一是降低成本和提高效率，節(jié)能是降低成本的關(guān)鍵技術(shù)；環(huán)保是全球的要求，智能家居如何結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)降低功耗、減少對(duì)家庭和小區(qū)的環(huán)境污染，提高生活環(huán)境的質(zhì)量，這些也是其未來發(fā)展必須考慮的因素，也是“科學(xué)發(fā)展觀”的最好實(shí)踐。(3) 向仿人智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化方向發(fā)展。仿人智能化是智能控制發(fā)展的必然趨勢(shì)，它是當(dāng)代高科技技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)的高度綜合和升華。因此，家居的智能化也必然向仿人智能化方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)化是信息技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是智能化的一個(gè)重要條件；人性化體現(xiàn)了“以人為本”的思想，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的目的和最終歸宿。因此，也是智能家居未來的一個(gè)發(fā)展方向。(4) 向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。我國(guó)智能家居發(fā)展較晚，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還在制定之中。產(chǎn)品的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方面仍存在著許多問題；WTO的加入還需考慮和國(guó)際接軌的問題；規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是智能家居快速發(fā)展、走入國(guó)際市場(chǎng)的必由之路。(5) 向具有“中國(guó)特色”的家居智能化方向發(fā)展。家居智能化系統(tǒng)需要大量的適合中國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品和運(yùn)行軟件，目前開發(fā)的軟硬件產(chǎn)品的種類較少，水平較低。因此，這一方面的研究開發(fā)急需加強(qiáng)。而在我國(guó)現(xiàn)今的生活環(huán)境下，普通百姓在家庭裝潢時(shí)對(duì)于智能家居系統(tǒng)暫時(shí)還處于陌生和不接受的狀態(tài)，其中主要原因?yàn)橹悄芗揖酉到y(tǒng)的高昂成本讓智能家居難以走進(jìn)普通百姓家庭。在這樣的環(huán)境下，研究新的智能家居系統(tǒng)就尤為主要，本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為主要控制芯片，利用手機(jī)短信通訊，大大降低了成本，節(jié)能環(huán)保 [46]。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)家用智能總線式系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)任意房間的用電設(shè)備的控制，并能指示設(shè)備狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)基于公用電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程開關(guān)功能；能對(duì)門、窗的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；能檢測(cè)室內(nèi)的溫度并能進(jìn)行調(diào)節(jié)，且具有防火防盜功能。要求：完成系統(tǒng)的方案選型，元件選擇，軟件設(shè)計(jì)。技術(shù)指標(biāo)：(1)采用總線式連接；(2)能實(shí)現(xiàn)本地按鍵控制和遠(yuǎn)程控制。 (3)能控制任意房間的用電設(shè)備，具有防火防盜功能。 設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)將利用中央控制器控制各個(gè)電路模塊達(dá)到安防、溫濕度檢測(cè)、電器控制等功能的遠(yuǎn)程和本地控制。其設(shè)計(jì)模型圖如圖21所示。圖21 設(shè)計(jì)模型圖 溫度檢測(cè)控制通過對(duì)室內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)，得到實(shí)際溫度與設(shè)定溫度比較值：當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定溫度一定值時(shí)，在夏季關(guān)空調(diào)，在冬季開暖氣；當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度一定值時(shí)，在夏季開空調(diào)，在冬季關(guān)暖氣。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)給用戶返回警告信息，同時(shí)，在一般情況下，用戶可以用手機(jī)向中央控制器發(fā)送短信，查詢實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)。 安防報(bào)警當(dāng)一氧化碳傳感器、甲烷氣體傳感器檢測(cè)到氣體超過預(yù)設(shè)值時(shí)，門磁開關(guān)、窗戶反射式傳感器檢測(cè)到有動(dòng)作時(shí)，在設(shè)防狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)有報(bào)警信息發(fā)送到用戶手機(jī)上。用戶通過手機(jī)短信了解和及時(shí)處理報(bào)警，如果是誤報(bào)，可以取消報(bào)警，達(dá)到控制的目的。 電器控制電器控制主要是控制家用電器的電路通斷，將家用電器的開關(guān)換成繼電器，再由控制中心發(fā)送指令控制繼電器的啟閉，從而達(dá)到控制電器的目的。 家居智能化實(shí)現(xiàn)途徑家居智能的基本目標(biāo)是，將家庭中的各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術(shù)（HBS）連接到一個(gè)智能話的系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)測(cè)、控制，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和目的，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國(guó)住宅的實(shí)際情況，簡(jiǎn)單介紹幾種家居智能化的實(shí)現(xiàn)途徑。 中央控制器隨著社會(huì)的發(fā)展和需求的提高，計(jì)算機(jī)也在不斷地更新與發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是應(yīng)數(shù)值計(jì)算而產(chǎn)生的，因此長(zhǎng)期以來計(jì)算機(jī)技術(shù)都是沿著滿足大量高速數(shù)值計(jì)算而發(fā)展的，直到20世紀(jì)70年代，電子計(jì)算機(jī)在數(shù)字邏輯運(yùn)算、推理、自動(dòng)控制等方面顯露出非凡的功能后，在各種控制領(lǐng)域開始對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展提出了與傳統(tǒng)大量高速計(jì)算完全不同的要求。這些要求是：面對(duì)控制對(duì)象、面對(duì)各種傳感器信號(hào)、面對(duì)人機(jī)交互操作控制、能方便地嵌入工控應(yīng)用系統(tǒng)中等。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，近年來，單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱單片機(jī))應(yīng)運(yùn)而生，單片機(jī)一詞最初是SingleChipMicroputer”，簡(jiǎn)稱SCM。隨著單片機(jī)在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵。國(guó)際上逐漸采用MCU(MicroControllerUnit”)來代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、統(tǒng)一的名詞。單片機(jī)一個(gè)是微