【正文】 ......................32附錄 2.........................................................54附錄 3.........................................................62附錄 4.........................................................63引言21 世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。舒適、時尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居控制系統(tǒng)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的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。本課題完成了單片機應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過程的系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開發(fā)的實際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機的進(jìn)行。而此時采用單片機來實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。1 緒 論 課題背景5 / 6721 世紀(jì)是信息時代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進(jìn)步。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(xí)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(yīng)運而生的。同時，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。電話遙控部分課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實驗室階段，因而距離實際應(yīng)用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現(xiàn)出電話遙控方式的雙工通信特點。短信息服務(wù)作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。利用 GSM6 / 67短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強大的支持平臺。信息7 / 67化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會、技術(shù)以及經(jīng)濟的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。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。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。電話交換網(wǎng)程控交換信令部分主要由 MT8870 和電壓檢測元件組成，它是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM 模塊 TC35 modem 和控制單元完成報警等信號的處理和發(fā)送；電源部分則為各個部分提供工作電源。確定單片機控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計最重要、最關(guān)鍵的一步。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇時應(yīng)考慮以下幾個問題：被控對象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)；對顯示、打印有何要求；畫出整個系統(tǒng)流程圖和原理圖。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：(1)面對控制對象。(4)突出控制功能。 系統(tǒng)工作流程部分 圖 系統(tǒng)工作流程 遠(yuǎn)程控制設(shè)計與分析 控制系統(tǒng)設(shè)計分析系統(tǒng)控制器由 MT8870 接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的 DTMF 信號、并對其進(jìn)行解碼，解碼后的信號由中央處理單元采集處理。同時，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動電路等輔助電路。用戶通過異地電話撥通控制器所連接外線的電話號碼，通過程控交換機向電話機發(fā)出振鈴信號。(3) 控制器設(shè)置密碼校驗。而振鈴音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，易于實現(xiàn)。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。當(dāng)家中有人時，住宅周界防護(hù)的防盜報警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)撤防。 信號采集設(shè)計與分析傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，其中的電信號包括數(shù)字信號和模擬信號，數(shù)字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機或微型計算機進(jìn)行處理，模擬信號則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機或微型計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控。 12 / 67 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)、與微機機通信、軟件流控制等功能。 TC35模塊與 MCU 連接方式單片機與 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。單片機系統(tǒng)用來控制手機模塊，并且對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)平臺發(fā)出的短消息。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某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬能” 。 紅外學(xué)習(xí)遙控的實現(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現(xiàn)。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)。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為 9ms 的高電平和寬度為 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。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頻率為 38KHz（周期為）的載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM） ，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。3 硬件電路設(shè)計 相關(guān)芯片及模塊簡介 MCU SM8952AC25P 簡介SM8952C25的最高主頻為25MHz,內(nèi)帶8KB閃存的MCU，SM8951/8952系列產(chǎn)品是內(nèi)嵌4/8K字節(jié)閃存的8 位單片微控制器它具有多達(dá)32個I/O口其4K/8K的閃存既可作程序存儲空間也可以作數(shù)據(jù)存儲空間或程序數(shù)據(jù)混合空間這些硬件特征和其強大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用于不同的場合，因此是一種通用的和性能價格比高的控制器，SM8951/8952允許用戶還可以通過置位SCONF寄存器的位0(ALE1)來降低EMI，其中的看門狗定時器(WDT)是1個16位自運行計數(shù)器在計數(shù)器溢出時會產(chǎn)生復(fù)位信號。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程。發(fā)送器采用開關(guān)電容 D/A 變換器。它從接收端接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應(yīng)的 8421 碼。 固態(tài)繼電器(SSR)簡介繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質(zhì)上相同的功能。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電15 / 67磁兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點。其中通過光電耦合一次側(cè)的輸入及的電流為： （31）1max2RUI GD???? 即 R1 取 滿足設(shè)計要求。在掛機狀態(tài)下，其漏電流≤5μA。平時電話掛機時，兩條電話線處于開路狀態(tài)，兩電話線的電壓為 48V（部分電話為 60V），加到電話機的振鈴電路兩端，當(dāng)摘機時振鈴電路斷開，兩電話線接通，阻值大約 250Ω。它包括 DTMF 發(fā)送器與 DTMF 接受器，前者主要應(yīng)用于按鍵電話作雙音頻信號發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號，從而實現(xiàn)音頻撥號。 表 1 電話鍵盤與 DTMF 頻率對應(yīng)關(guān)系表1234D1D4IN4004X4業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)R1 150GNDR21KVCC業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)K1D5IN4148PNP117 / 67 本系統(tǒng)的雙音多頻 DTMF 信號解碼電路由 MT8870 主要承擔(dān)。其中，A，B，C，D 4 個按鍵常被當(dāng)作 R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE 等功能使用。DTMF 接收器的外圍電路如圖 所示。其中，系統(tǒng)中單片機 P0 端口為單片機與語音芯片的通訊口。必須特別注意的是,如圖 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,以提高儲能的能力,達(dá)到單元電路的耗電需求。12V 電源，如圖 由 220V 的交流電經(jīng)交流變壓器 T 降壓，變成 12V 交流電，低壓交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動直流 17V 左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動直流電經(jīng) 4700u 電解電容和 瓷片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出177。圖 177。TI 公司的MAX3238 芯片如圖 供電電壓為 3～，符合 TIA/EIA232F 和 ITU 標(biāo)準(zhǔn)。在正常運行模式下，約 30 秒事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號，將自動進(jìn)入 Powerdown模式，此時耗電 1uA。如果所有接收通道的輸入電壓位于～ 的時間大于 30uS，則/INVALID(15 腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無效)。若無電平轉(zhuǎn)換，則有可能使智能模塊的性能不太穩(wěn)定。 紅外學(xué)習(xí)遙控電路設(shè)計 紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數(shù)據(jù)對 38kHz～40kHz 的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。每次外部中斷首先停止定時，記錄 T0、T1 的計數(shù)值，然后將 T0、T1的計數(shù)值清零，并重新啟動定時。該設(shè)計的硬件電路相對簡單，因此系統(tǒng)的調(diào)試重點在軟件上。分時操作系統(tǒng)是把 CPU 的時間劃分成長短基本相同的時間區(qū)間，即“時間片” ，通過操作系統(tǒng)的管理，把這些時間片依次輪流地分配給各個用戶使用。分時操作系統(tǒng)主要具有以下 3 個特點：①多路性。③獨占性。任務(wù)并不是連續(xù)執(zhí)行的，而是分時間片執(zhí)行的（本系統(tǒng)采用 10毫秒作為時間片，由 RTX51 Tiny 把時間片分配給各個任務(wù)） 。信號采集執(zhí)行完它的時間片后，RTX51 Tiny 開始執(zhí)行報警分析job1，這個函數(shù)又創(chuàng)建了另一個任務(wù)短信發(fā)送 job2。 while (1) { job0（）。下面， 為整體流程圖： 開始初始化模擬摘機提示輸入密碼開電器提示控制電器等待回應(yīng)關(guān)電器啟動軟件計數(shù)啟動計時掛機啟動軟件計數(shù)提示重輸密碼振鈴信號振鈴六次密碼正確45S 到3 次提示完成按 23 / 67圖 遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計流程圖TC35 模塊支持 8 位數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗位,位停止位數(shù)據(jù)傳輸。24 / 67圖 存儲示波器采集到的啟動信號單片機對 TC35 模塊的控制 TC35 模塊采用 AT 賀氏指令。目前,PDU 模式已取代 Block 模式,而 Text 模式不支持中文,因此本系統(tǒng)使用 PDU 模式進(jìn)行短消息的發(fā)送。其次設(shè)置短消息中心 AT+CSCA=d+8613800531500d(短消息中心)CR,設(shè)置正確則模塊返回CRLFOKCRLF。設(shè)置此命令可使模塊在短消息到達(dá)后向單片機發(fā)送指令CRLF+CMTI:dSMd,IN2DEX(信息存儲位置)CRLF。短消息發(fā)送成功,模塊返回CRLFOKCRLF。紅外接收頭的解調(diào)信號送到 INT0 引腳，由內(nèi)部定時器完成高低電平長度的采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，由單片機進(jìn)行高電平與低電平的寬度的測量。定時器 2 有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位來選擇，在捕獲方式下，通過 T2CON 控制位 EXEN2 來選擇兩種方式。本系統(tǒng)正是利用了捕獲方式的RCAP2H 和 RCAP2L 自動重裝載，產(chǎn)生 38K 調(diào)制信號，準(zhǔn)備還原的 0，1 信號的調(diào)制通過TF2 標(biāo)志進(jìn)行調(diào)制，該方案不僅合理的利用硬件資源，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性。首先針對本系統(tǒng)要開發(fā)的應(yīng)用程序做出初步規(guī)劃設(shè)計，在設(shè)計用戶界面時，參照了 Microsoft 和其他公司的一些應(yīng)用程序，使用了通用的設(shè)計方案，比如：工具欄、狀態(tài)條、工具提示、上下文菜單以及標(biāo)記對話框等。在本設(shè)計中用 VB 控件實現(xiàn)通信的方法比調(diào)用 SDK的 API 動態(tài)鏈接庫的方法更加快捷，且用較少的代碼可以實現(xiàn)相同的功能，因此本設(shè)計使用此控件來完成串口的通信。具體的來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動(Event－driven)方法，一是查詢法。在這些情況下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處理這些通訊事件。這種方法的優(yōu)點是程序響應(yīng)及時，可靠性高。在程序的每個關(guān)鍵功能之后，可以通過檢查 Co