【正文】 感謝我的父母，他們是我最強(qiáng)大的支柱，正是他們的含辛茹苦、無私的慈愛，使得我長大成人并完成學(xué)業(yè)。感謝實(shí)驗(yàn)室的劉萌師哥、李洪波師弟、田海峰老師等對我的幫助。趙老師在三年中對我的培養(yǎng)和關(guān)心，我將終生難忘。他在我三年的碩士研究生學(xué)習(xí)期間，無論從學(xué)習(xí)上和還是生活上給予了我無私的關(guān)心和幫助。從課題的立項(xiàng)到課題的開展與研究，再到本論文的撰寫、定稿的每一步工作都傾注著趙老師的心血和汗水。深入淺出ARM7——LPC213x/214x（上冊）[M]。若能將本系統(tǒng)的開發(fā)成產(chǎn)品，可適應(yīng)大部分中等收入家庭的消費(fèi)理念，推廣應(yīng)用前景將十分美好。 本系統(tǒng)的開發(fā)，是針對平民市場。而智能家居系統(tǒng)的研制與開發(fā)，滿足了用戶這方面的要求，給他們帶去了實(shí)實(shí)在在的便利。比較適合大型住宅的智能家居系統(tǒng)的研制與開發(fā)?；谏线叺慕榻B，ZigBee的低功耗、低成本非常適合智能家居家庭內(nèi)部網(wǎng)路的構(gòu)建。（5）可靠：ZigBee在物理層采用直接序列擴(kuò)頻DSSS和頻率捷變FA技術(shù)，有強(qiáng)的抗干擾和多徑能力；在MAC層采取了碰撞避免策略CSMA/CA，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。（3）時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都很短，新的隨動設(shè)備搜索時(shí)延為30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠2節(jié)標(biāo)準(zhǔn)5號電池就可以維持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。要考慮的核心問題是低功耗和低價(jià)格的設(shè)計(jì)，這就要求該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提供低帶寬、低數(shù)據(jù)傳輸率的應(yīng)用。ZigBee是基于IEEE 。ZigBee聯(lián)盟預(yù)測的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制等。2001年8月成立的ZigBee聯(lián)盟就是一個(gè)針對該技術(shù)成立的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟?，F(xiàn)在無線傳輸技術(shù)發(fā)展迅速，各種無線傳輸方案曾出不窮，它們都可以應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)中的無線傳輸技術(shù)。家中出現(xiàn)的意外事故，可以與相應(yīng)單位聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行監(jiān)控；可以在每個(gè)社區(qū)內(nèi)，建立一個(gè)分信息處理中心，負(fù)責(zé)處理社區(qū)內(nèi)的各種警情；可以實(shí)現(xiàn)社區(qū)內(nèi)用戶的電費(fèi)、水費(fèi)、煤氣費(fèi)等費(fèi)用的網(wǎng)上繳納，對于欠費(fèi)的用戶可通過網(wǎng)絡(luò)通知其及時(shí)續(xù)費(fèi)。在以后的發(fā)展中，家庭多網(wǎng)合一也是一種發(fā)展趨勢，即廣播電視網(wǎng)、電信業(yè)務(wù)網(wǎng)和多媒體傳輸?shù)榷喾N信息傳輸服務(wù)統(tǒng)一納入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一規(guī)劃，建立一個(gè)寬頻帶，大容量，高速率的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。但是，隨著時(shí)代的進(jìn)步，多方案整合也是一種必然。計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等發(fā)展迅速，智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案也必然層出不窮。這樣，我們可以用固定地址的辦法來降低干擾，即我們給每個(gè)藍(lán)牙模塊均分配一個(gè)地址，這樣可以減少相互間的干擾；或者對于這兩個(gè)微微網(wǎng)我們采用不同的跳頻序列，即相鄰的兩個(gè)微微網(wǎng)的跳頻序列是正交的，用這種方法來進(jìn)一步消除干擾。在使用藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線傳輸時(shí)，如果僅僅是組建一個(gè)微微網(wǎng)，那么我們可以用跳頻和前向糾錯(cuò)來降低外界干擾。用來檢測系統(tǒng)執(zhí)行控制命令的情況和家電的當(dāng)前狀態(tài)，以備用戶查詢。在進(jìn)行遠(yuǎn)程的家電控制時(shí)，用戶發(fā)送完控制命令后，不清楚家電的控制情況。而且，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展系統(tǒng)的存儲器，這樣可以對警情和家庭情況備案。所以，在系統(tǒng)中，應(yīng)添加警情聯(lián)動裝置。在此模塊中，系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)了對煙霧、煤氣、人體紅外等信號的采集和報(bào)警。但是，還存在一些需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)在程序整合時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)誤和部分代碼丟失，后經(jīng)調(diào)整系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。首先，先將各模塊的硬件電路和相應(yīng)的程序進(jìn)行聯(lián)機(jī)測試，經(jīng)過對硬件電路和程序的反復(fù)調(diào)試，各模塊基本實(shí)現(xiàn)其功能。 DTMF信號收發(fā)流程圖本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)架，分析討論了部分模塊的程序設(shè)計(jì)方法并給出了相應(yīng)的程序流程圖。若發(fā)送完畢，則繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)[27]。然后讀取狀態(tài)寄存器SR的D2位，如果D2=1，說明已收到有效的雙音頻信號并已譯碼，則從接收數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)，分析、判斷完成相應(yīng)操作；發(fā)送DTMF信號時(shí)，同樣先將芯片置為雙音頻模式，將發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器。接收信號從IN端輸入，發(fā)送信號從TONE端輸出。在應(yīng)用中，我們采用MT8880的雙音頻模式。D2：接收數(shù)據(jù)寄存器滿(即收到有效數(shù)據(jù))時(shí)為“1”，讀取狀態(tài)寄存器后自動清“0”。D0：發(fā)生中斷時(shí)該位為“1”，讀取狀態(tài)寄存器后自動清“0”。 D3：行／列音選擇，當(dāng)D2＝1(單音模式)時(shí)，D3用于選擇行音或列音(即音頻頻率的選擇)。 D0：把該位設(shè)置為“0”時(shí)芯片工作于普通雙音頻模式；設(shè)置為“1”時(shí)芯片工作于突發(fā)模式，突發(fā)和暫停長度各為(51土2)ms。 D3：把該位設(shè)置為“1”，表明允許選擇控制寄存器CRB，因此應(yīng)在寫入控制寄存器CRA后，接著寫控制寄存器CRB。 遠(yuǎn)程控制流程圖 D1：把該位設(shè)置為“1”，則芯片被設(shè)置為信號音檢測模式 (呼叫處理模式)，當(dāng)D2也設(shè)為“1”時(shí)，引腳IRQ端能輸出與各種信號音對應(yīng)的方波。控制寄存器和狀態(tài)寄存器各個(gè)位的功能意義簡述如下： (1)控制寄存器CRA。芯片實(shí)現(xiàn)何種功能，取決于在單片機(jī)的控制下寫入控制寄存器CRA和CRB的內(nèi)容，而芯片的某些狀態(tài)可以根據(jù)讀出狀態(tài)寄存器SR的內(nèi)容來判斷。在系統(tǒng)中，我們采用MITEL公司的MT8880做DTMF編解碼芯片。在系統(tǒng)中，無論是遠(yuǎn)程控制，還是自動報(bào)警，都和DTMF編解碼密切相關(guān)。其中，用戶的密碼可以自行設(shè)定和修改。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有振鈴信號，自己開始計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)四次家庭電話還沒有接通，通過模擬摘機(jī)電路實(shí)現(xiàn)電話摘機(jī)。所以在模塊的軟件設(shè)計(jì)中主要是關(guān)于遠(yuǎn)程控制和DTMF編解碼的程序設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，我們主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與家庭以外的固定電話或者移動電話建立鏈接，從而實(shí)現(xiàn)信息交換。這樣，Master與Slave建立連接時(shí)。一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備既可以作Master又可以作Slave。如果Master要和某個(gè)Slave建立連接，那么Master首先初始化連接程序，然后根據(jù)目標(biāo)Slave的地址，向其發(fā)送尋呼消息將其激活建立連接。這樣在設(shè)計(jì)軟件上就比較復(fù)雜，為了簡化程序設(shè)計(jì)、優(yōu)化系統(tǒng)功能和降低功耗，我們在構(gòu)建微微網(wǎng)時(shí)，將與中心控制機(jī)連接的藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置為Master，其他的設(shè)為Slave，并且給每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置一個(gè)地址。在本系統(tǒng)的家庭內(nèi)部通信模塊中，藍(lán)牙設(shè)備與單片機(jī)的連接有兩種方式，一是和中心控制機(jī)的連接；一是和從機(jī)的連接。由于在一個(gè)微微網(wǎng)中，一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以作主設(shè)備，也可 紅外信號學(xué)習(xí)程序流程以作從設(shè)備，還可以既作主設(shè)備又作從設(shè)備。 家庭內(nèi)部通信模塊家庭內(nèi)部通信模塊主要由藍(lán)牙模塊構(gòu)成，用藍(lán)牙模塊來實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間的通信，從而完成信息的采集和控制命令的發(fā)送。存儲完畢，將存儲地址付給功能變量就可，然后繼續(xù)進(jìn)行學(xué)習(xí)操作，學(xué)習(xí)完成，確認(rèn)，然后返回。運(yùn)行學(xué)習(xí)程序時(shí)，要先進(jìn)行初始化，主要是清空要用到的數(shù)據(jù)寄存器；然后選擇功能變量，開始接受信號。在軟件設(shè)計(jì)之初，我們就將系統(tǒng)設(shè)計(jì)有設(shè)置、查詢等功能，而紅外信號的學(xué)習(xí)功能是處在設(shè)置菜單中。而控制部分則根據(jù)收到的命令，讀取相應(yīng)的遙控信號，通過紅外發(fā)射頭發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)對家電的控制。在部分的軟件設(shè)計(jì)中，要分為學(xué)習(xí)部分和控制部分兩塊。對于這一部分的實(shí)現(xiàn)有很大一部分是用軟件設(shè)計(jì)來完成的。在這個(gè)模式中，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，當(dāng)分控制器接收到中心控制的命令后，將相應(yīng)的引腳置高或者置低，就可以通過電路實(shí)現(xiàn)家電的開啟。 安防模塊程序流程圖 家電控制模塊在家電控制模塊中，我們采用了兩種控制方式，其對應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)也有兩個(gè)模式。報(bào)警錄音應(yīng)包括家庭住址和警情信息，在電話接通后延時(shí)1s播放，連續(xù)播放三遍，中間加1s間隔。警情確定后，進(jìn)入警情處理程序，根據(jù)事先的設(shè)定，執(zhí)行報(bào)警程序，查詢預(yù)先設(shè)置的對應(yīng)的報(bào)警電話，啟動自動撥號模塊，電話接通后，播放對應(yīng)警情報(bào)警錄音。為合理利用資源在本系統(tǒng)中我們采用被動接收模式。被動接收：傳感器采集到警情信息時(shí)，主動聯(lián)系中心控制模塊，并將警情信息傳輸?shù)街行目刂颇K。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 各模塊軟件設(shè)計(jì) 安防模塊安防模塊主要是采集各種傳感器的信息，通過信息處理來判斷是否有警情。因此本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由一個(gè)中心控制程序和六個(gè)子程序構(gòu)成，子程序盡量與硬件模塊相關(guān)。在編程時(shí)我們采用了C語言和匯編語言。為了使軟件與硬件更好的結(jié)合，系統(tǒng)正常運(yùn)行。大量的硬件電路的使用，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?！薄?、每一個(gè)按鍵代表不同的呼救狀態(tài)。尤其適用于緊急情況，例如家中老人突然患病、家中突發(fā)火災(zāi)等。中心控制模塊檢測到緊急呼叫按鈕處于按下狀態(tài)，就會通過家庭對外通信模塊，撥出預(yù)先設(shè)置的號碼向外界求救，預(yù)設(shè)號碼可為1119。在系統(tǒng)中設(shè)置緊急呼叫按鈕，并將藍(lán)牙模塊嵌入到系統(tǒng)中。 語音提示電路號為一負(fù)脈沖，在負(fù)脈沖的上升沿，標(biāo)志著該段語音播放結(jié)束。放音時(shí)，根據(jù)需播放的語音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語音段起始地址，并通過口線送出。本文采用第二種方式。二是語音字段如果較少，則可根據(jù)每一字段的內(nèi)容多少，直接分配地址單元。其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一是由于ISD25120的地址分辨率為100 ms，所以可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)100 ms，然后再利用一計(jì)數(shù)器對單片機(jī)定時(shí)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為語音段所占用的地址單元。ISD25120雖然提供了地址輸入線，但它的內(nèi)部信息段的地址卻無法讀出。用以設(shè)置語音段的起始地址。ISD25120集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和480K字節(jié)的E2PROM等。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，省去了A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。ISD25120具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無需專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。如果選擇中斷模式，則/IRQ/CP端產(chǎn)生低電平中斷信號給單片機(jī)接口，然后單片機(jī)訪問解碼數(shù)據(jù)寄存器，讀取內(nèi)容，然后做出相應(yīng)的操作，從而完成遠(yuǎn)程控制功能。若檢測到輸入的信號有效時(shí)，EST引腳輸出高電平，經(jīng)過374(怎么出來的？)。用戶根據(jù)相應(yīng)的語音提示進(jìn)行相關(guān)的操作，這時(shí)，呼叫用戶由電話按鍵輸入密碼或者選擇指令時(shí)產(chǎn)生的DTMF信號，通過通信網(wǎng)傳送到DTMF—IN端口，兩個(gè)100K的電阻RR2決定了運(yùn)放的電壓增益。MT8880根據(jù)輸入產(chǎn)生相應(yīng)的DTMF信號從TONE引腳輸出，經(jīng)LM386放大后耦合到電話線上傳輸，從而實(shí)現(xiàn)自動撥號功能。 DTMF編碼表低 頻高 頻數(shù)碼ENQ3Q2Q1Q0697Hz1290Hz1H0001697Hz 1336Hz2H0010697Hz1447Hz3H0011770Hz1290Hz4H0100770Hz1336Hz5H0101770Hz1447Hz6H0110852Hz1290Hz7H0111852Hz1336Hz8H1000852Hz1447Hz9H1001941Hz1290Hz0H1010941Hz1336Hz*H1011941Hz1447HzH1100697Hz1633HzAH1101770Hz1633HzBH1110852Hz1633HzCH1111914Hz1633HzDH0000XXXLZZZZ用MT8880實(shí)現(xiàn)DTMF編解碼電路[2223]。整合了收發(fā)功能的MT8880的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)帶有可變增益的內(nèi)部放大器的高性能接收器、一個(gè)帶有脈沖計(jì)數(shù)器的發(fā)射器和一個(gè)可以訪問MT8880內(nèi)部的寄存器的標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口。在雙音頻群模式下DTMF信號可以通過精確的時(shí)序被發(fā)送出去。DTMF信號的接收部分采用DTMF信號接收單片機(jī)MT8870的工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)送部分采用開關(guān)電容進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換發(fā)送高精度、低畸變的DTMF信號。MT8880是一個(gè)帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。交換機(jī)可以解碼這些頻率組合并確定所對應(yīng)的按鍵雙音多頻信號（DTMF），在智能家居系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動撥號報(bào)警功能要求系統(tǒng)既能檢測并識別電話線上傳來的雙音頻信號，又能發(fā)送相應(yīng)的雙音頻信號，因此在系統(tǒng)中需進(jìn)行DTMF編解碼。雙音多頻的撥號鍵盤是44的矩陣，每一行代表一個(gè)低頻，每一列代表一個(gè)高頻。由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個(gè)頻率。 模擬摘掛機(jī)電路（3）DTMFDTMF（Dual Tone Multi Frequency），即雙音多頻，電話系統(tǒng)中電話機(jī)與交換機(jī)之間的一種用戶信令，通常用于發(fā)送被叫號碼，其具有很強(qiáng)的抗干擾性能，因此被廣泛用于通信網(wǎng)中。因?yàn)镽2的電阻為300Ω，使回路電流變大，控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)的信號，交換機(jī)響應(yīng)摘機(jī)信號，完成電話線路接通。，模擬摘掛機(jī)電路主要由一個(gè)三極管開關(guān)電路來控制繼電器通斷，繼電器控制電話線兩端300Ω電阻的接入。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)通過叉簧接上約300Ω的負(fù)載，使整個(gè)電話線回路流過約30mA的電流。（2）模擬摘掛機(jī)電路根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤300Ω