【文章內(nèi)容簡介】 智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及計算機(jī)控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范二個方面。其中家庭設(shè)備自動監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過手機(jī)以及Internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。(1)家用電器的監(jiān)視和控制，按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對熱水器、微波爐、音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。 (2)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時間、溫度、濕度等參數(shù)對空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。(3)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，分別對各個房間照明設(shè)備的開、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動調(diào)節(jié)各個房間的照度。(4)窗簾的控制，按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，對窗簾的開啟/關(guān)閉進(jìn)行控制。第2章總體設(shè)計整體介紹本次設(shè)計以單片機(jī)為控制核心，溫度，濕度等傳感器為環(huán)境信息采集源，以Web控制為輔助，來制作一個智能家居控制系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開關(guān)的基礎(chǔ)上，采用無線遙控，與Web網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制，來控制家用電器，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對家用電器進(jìn)行實(shí)時控制。此外在本次設(shè)計中，采用多種傳感器想結(jié)合，智能根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行自動化控制。并能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷，數(shù)據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。本設(shè)計采用MT8870系列單片機(jī)，分成電源模塊、信息獲取模塊、報警模塊、液晶顯示模塊四部分?？傮w方案的設(shè)計主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的，設(shè)計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。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。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對象的實(shí)際情況確定，最終畫出整個系統(tǒng)流程圖和原理圖。② 電源模塊為系統(tǒng)提供5V電壓②信息獲取模塊由門窗信號傳感器、煙霧傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集③報警模塊實(shí)現(xiàn)對信息的預(yù)警處理，達(dá)到對家庭環(huán)境安全的監(jiān)控報警④LCD液晶顯示模塊顯示各傳感器模塊的工作狀態(tài)(1)硬件部分智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由幾大部分構(gòu)成，即控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)模塊接口和電源部分。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)、網(wǎng)絡(luò)模塊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。(2)軟件部分軟件設(shè)計部分主要由五大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分、交換網(wǎng)程控交換信令識別與分析部分、網(wǎng)絡(luò)模塊接口程序部分、分析控制部分。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和交換網(wǎng)程控交換信令識別需要作實(shí)時處理；網(wǎng)絡(luò)模塊接口程序部分和分析控制部分則是根據(jù)采集和交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時操作有利于提高系統(tǒng)效率。控制要求本設(shè)計此系統(tǒng)必須具有以下單元功通過網(wǎng)絡(luò)對異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開/關(guān)）。 控制器可以實(shí)現(xiàn)自動連接斷開?？刂破髟O(shè)置密碼校驗(yàn)。檢測網(wǎng)絡(luò)鏈接是否正常自動鏈接斷開密碼校驗(yàn)在線修改密碼雙頻信號解碼輸入信息分析控制電器開關(guān)電器狀態(tài)查詢本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。而把單片機(jī)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機(jī)稱之為嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理。單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：如傳感信號輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動等。如對外部信息的捕捉、對控制對象實(shí)時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)單片機(jī)有專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)控制器接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的加密信號、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。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計了語音提示界面。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動離線、上線、功能。為了符合智能化要求，系統(tǒng)采用樹莓派作為中央處理器。同時，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。控制器并聯(lián)于路由器，不會影響路由器的正常使用。用戶通過網(wǎng)絡(luò)鏈接控制器，通過程控交換機(jī)向樹莓派發(fā)出鏈接信號?？刂破鳈z測連接信號后，進(jìn)入密碼檢測階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后選擇開啟或關(guān)閉被控電器，完成后返回。根據(jù)控制器與交換機(jī)所須信號不同，本設(shè)計方案結(jié)合實(shí)際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工交換機(jī)所發(fā)出的各種信號音都大多數(shù)可以通過軟件編程來識別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，用硬件來解決雙音頻信號解碼等功能相對穩(wěn)定可靠。設(shè)計中自動鏈接斷開的控制必須使用具體硬件電路來實(shí)現(xiàn)。而密碼校驗(yàn)、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(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計鏈接檢測、自動鏈接、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實(shí)現(xiàn)。而密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。本設(shè)計采用樹莓派為核心，,內(nèi)帶512M閃存的MCU，它具有多達(dá)32個I/O口其512m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(qiáng)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，樹莓派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64位自運(yùn)行計數(shù)器在計數(shù)器溢出時會產(chǎn)生復(fù)位信號。WDT對那些易受噪聲干擾電壓波動或放電現(xiàn)象影響的系統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī)的情況下，WDT可以使用戶程序脫離不正常狀態(tài)。WDT不同于8052系統(tǒng)的定時器0定時器1和定時器2。通過軟件周期性的清除WDT計數(shù)器的值可以防止WDT產(chǎn)生復(fù)位信號。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程多頻收發(fā)器本設(shè)計采用MT8870多頻收發(fā)器，MT8870是一種帶信號過濾器的多頻收發(fā)器。它包括一個帶增益可調(diào)放大器的接收器和一個發(fā)送器。解碼采用數(shù)字計數(shù)器技術(shù)來確定輸入的的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送器采用開關(guān)電容D/A變換器。MT8870提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與MCS51系列MCU和微機(jī)接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作，通過呼叫進(jìn)展濾波器來檢測特定通帶內(nèi)的信號頻率，供微處理機(jī)或計數(shù)器電路分析，以確定檢測到的信號性質(zhì)。繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)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(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。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)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。D4810型繼電器輸入電流為540mA，電壓3－30V，額定輸出電流10A，輸出電壓范圍寬為20220V，滿足項目的要求。防火災(zāi)發(fā)生傳感器火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可以在背后設(shè)計專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器，監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。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。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。本系統(tǒng)采用NIS09C型煙霧傳感器。通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑孤Ｈ缬腥細(xì)?