【正文】 問題；規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是智能家居快速發(fā)展、走入國際市場的必由之路。家居智能化系統(tǒng)需要大量的適合中國國情的產(chǎn)品和運行軟件，目前開發(fā)的軟硬件產(chǎn)品的種類較少，水平較低。而在我國現(xiàn)今的生活環(huán)境下，普通百姓在家庭裝潢時對于智能家居系統(tǒng)暫時還處于陌生和不接受的狀態(tài)，其中主要原因為智能家居系統(tǒng)的高昂成本讓智能家居難以走進(jìn)普通百姓家庭。2 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 設(shè)計任務(wù)及其要求基于單片機設(shè)計的一個家用智能總線式系統(tǒng)，能實現(xiàn)對任意房間的用電設(shè)備的控制，并能指示設(shè)備狀態(tài)，能實現(xiàn)基于公用電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程開關(guān)功能；能對門、窗的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；能檢測室內(nèi)的溫度并能進(jìn)行調(diào)節(jié)，且具有防火防盜功能。技術(shù)指標(biāo)：(1)采用總線式連接；(2)能實現(xiàn)本地按鍵控制和遠(yuǎn)程控制。 設(shè)計目的本設(shè)計將利用中央控制器控制各個電路模塊達(dá)到安防、溫濕度檢測、電器控制等功能的遠(yuǎn)程和本地控制。圖21 設(shè)計模型圖 溫度檢測控制通過對室內(nèi)溫度監(jiān)測，得到實際溫度與設(shè)定溫度比較值：當(dāng)實際溫度低于設(shè)定溫度一定值時，在夏季關(guān)空調(diào)，在冬季開暖氣；當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度一定值時，在夏季開空調(diào)，在冬季關(guān)暖氣。 安防報警當(dāng)一氧化碳傳感器、甲烷氣體傳感器檢測到氣體超過預(yù)設(shè)值時，門磁開關(guān)、窗戶反射式傳感器檢測到有動作時，在設(shè)防狀態(tài)下，現(xiàn)場就會有報警信息發(fā)送到用戶手機上。 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。根據(jù)本設(shè)計的要求和目的，參考國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅的實際情況，簡單介紹幾種家居智能化的實現(xiàn)途徑。由于計算機的產(chǎn)生是應(yīng)數(shù)值計算而產(chǎn)生的，因此長期以來計算機技術(shù)都是沿著滿足大量高速數(shù)值計算而發(fā)展的，直到20世紀(jì)70年代，電子計算機在數(shù)字邏輯運算、推理、自動控制等方面顯露出非凡的功能后，在各種控制領(lǐng)域開始對計算機技術(shù)發(fā)展提出了與傳統(tǒng)大量高速計算完全不同的要求。為了實現(xiàn)上述要求，近年來，單片微型計算機(簡稱單片機)應(yīng)運而生，單片機一詞最初是SingleChipMicroputer”，簡稱SCM。國際上逐漸采用MCU(MicroControllerUnit”)來代替，形成了單片機界公認(rèn)的、統(tǒng)一的名詞。要實現(xiàn)家居的智能化控制，需要一個中央控制器為數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，同時控制完成各種智能化功能，這個處理器可以是計算機（PC機）和單片機（MCU），根據(jù)設(shè)計的要求和目的，選用單片機作為系統(tǒng)的中央控制器。 遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信主要是指用戶在外地通過某種通信方式控制整個智能家居系統(tǒng)。(1) 通過Internet網(wǎng)進(jìn)行控制。(2) 通過電力線進(jìn)行控制。電力線通信技術(shù)有以下優(yōu)點：信息家電可以通過電力線進(jìn)行通信，無需另外布線，利用電源線實現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)成本較低，電力網(wǎng)是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，PLC技術(shù)可以輕松的滲透到每一個家庭，其應(yīng)用范圍廣泛，網(wǎng)絡(luò)的接入點是電源插座，數(shù)目較多且接插方便?；贗nternet網(wǎng)進(jìn)行控制和基于電力線進(jìn)行控制的遠(yuǎn)程控制方案，都是組網(wǎng)成本較高、技術(shù)難度大，對維護(hù)者的技術(shù)水平要求也比較高，它適用于新建的中高檔住宅。基于已有的電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制是網(wǎng)絡(luò)控制中一種簡單、廉價的控制方式，利用電話的遠(yuǎn)程控制主要是通過發(fā)送手機的短信息傳送控制信息，通過對信息的分析得到相應(yīng)的控制命令,達(dá)到控制目的?，F(xiàn)場總線作為一種先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理的觀念帶入工業(yè)控制領(lǐng)域。下面就幾種主流的現(xiàn)場總線做一簡單介紹。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。RS485/422最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS485總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。2）CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域網(wǎng)）。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)實際可達(dá)110個。3）Lonworks。它采用ISO/OSI模型的全部７層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。由于RS485總線的最高速率可以達(dá)到10M/s，所以作為智能家居系統(tǒng)，RS485總線由于可靠性高、性價比高，是通信可靠性最高、實時性和靈活性最好的通信方式。常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線傳輸媒介。雙絞線簡稱TP，由兩根絕緣導(dǎo)線相互纏繞而成，將一對或多對雙絞線放置在一個保護(hù)套便成了雙絞線電纜。雙絞線非常適合于短距離通信。同軸電纜由繞在同一軸線上的兩個導(dǎo)體組成。(3) 光纖。具有不受外界電磁場的影響，無限制的帶寬等特點，可以實現(xiàn)每秒幾十兆位的數(shù)據(jù)傳送，尺寸小、重量輕，數(shù)據(jù)可傳送幾百千米，但價格昂貴。無線傳輸媒介包括：無線電波、微波、紅外線等。3 單片機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本設(shè)計主要實現(xiàn)基于公用電話網(wǎng)絡(luò)的本地控制和遠(yuǎn)程控制功能，其整體框圖如下圖31所示。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機[11]。選用STC89C52單片機的理由：高可靠、超低價、低功耗、無法解密、程序下載簡單?！　?9C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，用STC 工具將您原有的代碼下載進(jìn)STC 相關(guān)的單片機即可,，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其PDIP封裝形式如圖如圖32所示。 兼容MCS51指令系統(tǒng) 32個雙向I/O口 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 2個串行中斷 2個外部中斷源 2個讀寫中斷口線 低功耗空閑和掉電模式 如圖33所示，此為RS485總線的接口示意圖。圖33 RS485接口示意圖 對于單片機，我們通常采用MAXIM公司的MAX1487作為接口芯片。MAX1487是專門為RS485通信的半雙工應(yīng)用設(shè)計的小功率收發(fā)器,它含有一個驅(qū)動器和一個接收器。而其它如MAX481，MAX485則不具備這種功能，在傳輸?shù)臏?zhǔn)確性就要差一點。標(biāo)準(zhǔn)的RS485接收器的輸入阻抗是12KΩ，總線上最多可以接32個收發(fā)器。所以采用32個MAX487共用一條總線是完全可行的。 MAX487引腳功能引腳名稱功能1RO接受器輸出端，AB200mV,RO=1,AB200mV,RO=02接收器使能端，為“1”時輸出被禁止，為“0”時，允許接收器輸出。4DI驅(qū)動器輸入端5GND地6A同相接收器輸入和同相驅(qū)動器的輸出端7B反相接收器輸入和反相驅(qū)動器的輸出端8Vcc正電源輸入端，～由MAX1487收發(fā)器組成的差分平衡系統(tǒng),抗干擾能力強,接收器可以檢測到低達(dá)200mV的信號,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在千米外得到恢復(fù),一般選擇雙絞線作為信號傳輸線,因為雙絞線在長度,方向上完全對稱,因此它們受到外界干擾程度完全相同,所以實現(xiàn)了信號的可靠傳送。因此通常會在傳輸線的末端接120Ω的電阻，進(jìn)行阻抗匹配。RS485總線控制器接口模塊原理圖如圖35所示。操作員通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)目錄，實現(xiàn)簡單的人機對話。按鍵在閉合和斷開時，會存在抖動現(xiàn)象，按鍵的抖動時間一般為510ms，抖動可能造成一次按鍵的多次處理問題。按鍵抖動的波形圖如圖35所示。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài),并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。(1) 硬件消抖：在鍵數(shù)較少時可用硬件方法消除鍵抖動。圖36 RS觸發(fā)器消抖圖中兩個“與非”門構(gòu)成一個RS觸發(fā)器。當(dāng)鍵按下時,輸出為0。也就是說,即使B點的電壓波形是抖動的,但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后,其輸出為正規(guī)的矩形波。(2) 軟件消抖：如果按鍵較多,常用軟件方法去抖,即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序,產(chǎn)生5ms～10ms的延時,讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài),如果仍保持閉合狀態(tài)電平,則確認(rèn)為真正有鍵按下。 下面介紹兩種常見的鍵盤電路及其程序。獨立式鍵盤中，每個按鍵的都占用一個I/O口線，每個按鍵電路相對獨立，如圖37所示，I/O口通過按鍵與地連接。(2)行列式鍵盤。按鍵較多時，常采用行列式鍵盤電路。I/O端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時，行線與列線發(fā)生短路。圖37 獨立式鍵盤圖38 44行列式鍵盤 顯示模塊顯示模塊采用1602液晶顯示。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。圖39 1602顯示硬件電路接線圖字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光控制線、電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，引腳定義如表31所示.表31 1602引腳定義表表32 中文字符碼與字字符字模關(guān)系對照表1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如下表32所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。表32中的字符代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的。A39。PC在編譯時就把“A”先轉(zhuǎn)為41H代碼了。本設(shè)計采用的是西門子TC35系列的TC35i。所以本設(shè)計選用的是西門子TC35系列的TC35i。TC35i如圖310所示[1417]。TC35i與GSM 2／2+兼容，雙頻(GSM900/GSMl800)工作，帶有RS232數(shù)據(jù)口。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。這些引腳可劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。131和32引腳為控制部分，15引腳為啟動線IGT(Ignition)。30引腳為RTC back up；31引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，16～23引腳為數(shù)據(jù)輸入／輸出端。 V 工作電壓．同時產(chǎn)生MAX232所需要的高電平：三端電源模塊LM7806將外部12 V直流電源轉(zhuǎn)換為6 v．連接至ZIF連接器的112引腳。mA的充電電源。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15引腳(IGT)施加低電平信號，至少保持100 ms且該信號下降沿時間小于1ms，啟動后15引腳應(yīng)保持高電平。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合RS232接口電路標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口：GSM07．05對短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。與SMS相關(guān)的若干GSM AT指令如表33所示。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡單，實現(xiàn)起來十分容易，但最大的缺點是不能收發(fā)中文短信：而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。7_bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8_bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。A：短信息中心地址長度，2位十六進(jìn)制數(shù)(1字節(jié))B：短信息中心號碼類型，2位十六進(jìn)制數(shù)。D：文件頭字節(jié)，2位十六進(jìn)制數(shù)。F：被叫號碼長度，2位十六進(jìn)制數(shù)。H：被叫號碼，長度由F中的數(shù)據(jù)決定。J：數(shù)據(jù)編碼方案，2位十六進(jìn)制數(shù)。L：用戶數(shù)據(jù)長度，2位十六進(jìn)制數(shù)。J中設(shè)定采用UCS2編碼，這里是中英文的Unicode字符。通過ZIF連接器與單片機實現(xiàn)電路接口，該接口讀取或發(fā)送TC35i模塊中的數(shù)據(jù)，將是本文論述的重點，也是TC35i應(yīng)用的核心。圖311 TC35i與單片機的硬件接口電路 下位機 安防模塊安全問題是全社會共同關(guān)注的一件大事，因此安防是各行業(yè)，尤其是具有潛在危險的高風(fēng)險行業(yè)所必需重視的一項工作。本系統(tǒng)的安防是由下位機安防模塊和各種前端探測器組成。當(dāng)有人非法入侵，或家里煤氣泄漏，設(shè)備及線路產(chǎn)生大量煙霧時將會觸發(fā)相應(yīng)的探測器，家庭報警主機會立即將報警信號以手機短信的形式發(fā)送到用戶手機上，以便用戶及時了解和處理緊急事情。磁鐵部分由對應(yīng)的磁場強度的磁鐵，封裝于塑膠或合計殼體內(nèi)，當(dāng)兩者分開和接近至一定距離后，引起開關(guān)的開斷從而感應(yīng)物體位置的變化。2) 窗戶反射式傳感器：將紅外線反射型傳感器安裝在門窗的兩側(cè)或通道的位置，當(dāng)有人進(jìn)入時紅外線反射型傳感器就會檢測出來，給單片機送去高電平，啟動防盜報警系統(tǒng)工作。這里