【正文】 .................................................286 結(jié)論 .......................................................29謝 辭 ........................................................30附錄 1.........................................................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(dòng)了人類文明的巨大進(jìn)步。 本文介紹的數(shù)字化家居控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過(guò)手機(jī)或電話在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對(duì)家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD 錄像機(jī)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)打開(kāi)、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實(shí)現(xiàn)都僅僅是打一個(gè)簡(jiǎn)單的電話。舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì)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(duì)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(lái)的簡(jiǎn)便而時(shí)尚的現(xiàn)代生活。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入/出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開(kāi)發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本系統(tǒng)的電話遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn) DTMF 通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用 MT8870 雙音頻編解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過(guò)MT8870 識(shí)別來(lái)自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶只需撥通家中的電話可以根據(jù)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作；各種傳感器的檢測(cè)是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控；短消息發(fā)送部分采用基于 SIEMENS TC35 GSM 模塊 TC35 modem 和 TI 公司的電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX3238 等器件構(gòu)成的移動(dòng)終端的硬件電路可以完成短消息收發(fā)等功能。而此時(shí)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，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。并且實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)型遠(yuǎn)程紅外遙控功能，為控制紅外家電和設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。1 緒 論 課題背景 21 世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。1997 年 8 月局用電話交換機(jī)總?cè)萘客黄?1 億門(mén)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，2022 年初固定電話用戶總數(shù)達(dá)到 萬(wàn)戶，移動(dòng)電話用戶達(dá)到 萬(wàn)戶，現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由程控交換機(jī)進(jìn)行交換傳輸，移動(dòng)通信也從模擬時(shí)代走向了高度數(shù)字化時(shí)代，它們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，而且可靠性非常高。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(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。同時(shí)，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(guó)家。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用電話進(jìn)行遙控的更大優(yōu)越性。電話遙控部分課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實(shí)驗(yàn)室階段，因而距離實(shí)際應(yīng)用，尤其是對(duì)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(diǎn)。而且本設(shè)計(jì)的調(diào)試都是在線調(diào)試，已經(jīng)在電信、鐵通的交換機(jī)實(shí)驗(yàn)并且能夠成功的使用移動(dòng)電話進(jìn)行操作。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(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)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(lái)。同時(shí)，他對(duì)用戶的數(shù)量也沒(méi)有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。利用 GSM 短信息系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)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(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。在此本系統(tǒng)采用了Siemens 公司新一代無(wú)線通信 GSM 模塊 TC35 是，它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。信息 化社會(huì)在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會(huì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。家居智能化技術(shù)起源于美國(guó)，它是以家為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過(guò)采用計(jì)算機(jī)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(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來(lái)提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。 課題研究的目的及意義智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統(tǒng)。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。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、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(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡(jiǎn)單、功能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試和控制軟件的編寫(xiě)與調(diào)試。電話交換網(wǎng)程控交換信令部分主要由 MT8870 和電壓檢測(cè)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(bào)警等信號(hào)的處理和發(fā)送；電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和電話交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別需要作實(shí)時(shí)處理；GSM 模塊TC35 modem 接口程序部分和分析控制部分則是根據(jù)采集和電話交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時(shí)操作有利于提高系統(tǒng)效率。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。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(duì)象的實(shí)際情況確定。選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：被控對(duì)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(zhǎng)及選擇位數(shù)；對(duì)顯示、打印有何要求；畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)流程圖和原理圖。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)面對(duì)控制對(duì)象。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(4)突出控制功能。單片機(jī)有惟一的專門(mén)為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。 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(jì)與分析 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)控制器由 MT8870 接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的 DTMF 信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理單元采集處理。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無(wú)人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能。同時(shí)，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(dòng)電路等輔助電路。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測(cè)電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF 音頻解碼電路、語(yǔ)音提示電路、中央處理單元（SM8952AC25P） 、控制電路、電源電路等組成。用戶通過(guò)異地電話撥通控制器所連接外線的電話號(hào)碼，通過(guò)程控交換機(jī)向電話機(jī)發(fā)出振鈴信號(hào)。 控制要求 完成遠(yuǎn)程控制部分必須完成一下要求： (1) 通過(guò)電話網(wǎng)對(duì)異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開(kāi)/關(guān)） 。(3) 控制器設(shè)置密碼校驗(yàn)。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，用硬件來(lái)解決振鈴音檢測(cè)、雙音頻信號(hào)解碼等功能相對(duì)穩(wěn)定可靠。而振鈴音計(jì)數(shù)、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(jiǎn)單的多，易于實(shí)現(xiàn)。而信號(hào)音計(jì)數(shù)、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。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報(bào)警信號(hào)，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門(mén)。本系統(tǒng)采用 NIS09C 型煙霧傳感器。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時(shí)短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門(mén)。防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。當(dāng)家中有人時(shí)，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門(mén)磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)撤防。當(dāng)有非法侵入時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門(mén)。 信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，其中的電信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模擬信號(hào)則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。作為 TC35 的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。 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(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、無(wú)校驗(yàn)位，可以在300bps～115kbps 的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為～115kbps（ 和 除外） 。 TC35模塊與 MCU 連接方式單片機(jī)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。采用電纜連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)就會(huì)對(duì)手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。單片機(jī)系統(tǒng)用來(lái)控制手機(jī)模塊，并且對(duì)收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國(guó)共有 8 種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出的短消息。 紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì) 紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想對(duì)于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無(wú)法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。又如紅外插座、紅外開(kāi)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(jiàn)的萬(wàn)能遙控器只能對(duì)某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬(wàn)能” 。也為整個(gè)控制器的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。 紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與還原的核心部分，紅外接收部分由 CX20226 解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射部分有紅外發(fā)光管極其驅(qū) 動(dòng)部分組成。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)。PPM 碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表 1，碼位窄的代表 0。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(lái)標(biāo)志遙控編碼脈沖的開(kāi)始。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。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(duì)頻率為 38KHz（周期為）的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM）