摘要:智能家居的目標是通過網絡等信息通信技術手段實現對家居電器等的智能控制,使其能夠按照人們的設定工作運行,而不論距離的遠近。目前,已經有越來越多的機構和個人開始了對智能家居的研究。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志,智能家居系統能夠在不改變家中任何家電的情況下,使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現代生活。
關鍵詞:智能家居 控制 設計
1 智能家居控制系統功能
智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范三個方面。
1.1 家庭通信
1.1.1 電話線路:通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。
1.1.2 計算機互聯網:通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。
1.1.3 CATV線路:通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。
1.1.4 無線局域網:通過無線收發器、天線、各種無線終端,實現雙向傳輸數據信號。
1.2 家庭設備自動監控
1.2.1 家用電器的監視和控制 按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。
1.2.2 熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序,通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量,并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。
1.2.3 空調機的監視、調節和控制 按照預先所設定的程序,根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。
1.3 家庭安全防范
1.3.1 防火災發生 通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器,監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號,通知家人及小區物業管理部門。
1.3.2 防可燃氣體泄漏 通過設置在廚房的可燃氣體探測器,監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號,并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥,同時通知家人及小區物業管理部門。
1.3.3 防盜報警 防盜報警的防護區域分成兩部分,即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關,在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器。
2 智能家居中的總線技術
要實現家居的智能化,就必須實現家居的網絡化,使家居內的大部分電器設備能夠通過一定的方式連入網絡,從而實現這些設備的遠程控制和自動控制。家居電器的上網實質是網絡最后接入的1公里之內的問題,此類問題要求網絡可靠性高、信心量少,多個設備之間的互操作性強。就智能家居而言,如何把結構和性能不一的電器設備接入網絡,如何能夠實現這些設備的相互通信是在構建智能家居時主要考慮的問題,所以說,智能家居的關鍵技術其實就是網關技術和總線技術。文章主要討論的是其中的總線技術。總線技術在智能家居行業當中,目前可以算是應用最為廣泛的一種技術手段。在總線技術下生成的智能家居系統,最大的特點是具有可擴展性,工程安裝也不是很復雜。由于科學技術的不斷發展,新生成許多總線協議下的智能家居系統的價格也不是很高,目前市場的銷售情況也很不錯。智能家居中的現場總線控制系統通過系統總線來實現家居燈光、電器及報警系統的聯網以及信號傳輸,采用分散型現場控制技術,控制網絡內各功能模塊只需要就近接入總線即可,布線比較方便。一般來說,現場總線類產品都支持任意拓撲結構的布線方式,即支持星型與環狀結構走線方式。燈光回路、插座回路等強電的布線與傳統的布線方式完全一致。“一燈多控”,在家庭應用比較普遍,以往一般采用“雙聯”、“四聯”開關來實現,走線復雜而且布線成本高。若通過總線方式控制,則完全不需要增加額外布線。是一種全分布式智能控制網絡技術,其產品模塊具有雙向通信能力,以及互操作性和互換性,其控制部件都可以編程。
3 硬件電路設計
3.1 語言提示電路 ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術,每個采樣值直接存儲在片內單個E2PROM單元中,不需另加A/D或D/A變換來存儲和重放,能夠非常自然、真實地再現語音,音樂,音調和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”,因此,作為目前國內外較為理想的語音芯片,在許多領域得到了廣泛地應用。語音芯片音質的優劣、功能的強弱決定了報站器的語音效果和性能。
3.2 TC35短消息模塊接口電路 TC35短消息模塊是RS-232C標準接口,RS-232C標準的全稱是EIA-RS-232C標準,其中EIA代表美國電子工業協會,RS代表推薦標準,232是標識號,C代表RS232的最新一次修改。目前在PC機上的COM1、COM2接口就是RS-232C接口。TI公司的MAX3238芯片供電電壓為3～5.5V,符合TIA/EIA-232-F 和ITU v.28標準。具有獨特的±15KV人體靜電保護措施,兼容5V邏輯輸入,內含3路接收、5路發送串行通信接口,最大數據傳輸速率可達250 kbps。該芯片的最大特點是,在串行口無數據輸入的情況下,可以靈活的進行電源管理,即當FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14腳)為高電平時,Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運行模式下,約30秒事件內若芯片在接收和發送引腳沒有檢測到有效信號,將自動進入Powerdown模式,此時耗電1uA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平,那么Auto-Powerdown Plus功能失效。在Auto-Powerdown Plus功能有效的時,如果檢測到接收或發送引腳有信號輸入,該芯片自動被激活,轉入正常工作狀態。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于-2.7V,或者位于-0.3V～0.3V的時間小于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數據有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時間大于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為低電平。
3.3 紅外學習遙控接收電路設計 所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數據對38kHz～40kHz的方波進行脈沖幅度調制而產生的。如果直接對已調波進行測量,而其脈寬只有20多微秒,由于單片機的指令周期是微秒級,會產生很大的誤差。因此,先要對已調波進行解調,對解調后的波形進行測量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機的INT0和T0腳,定時器T0和T1都初始化為定時工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時,記錄T0、T1的計數值,然后將T0、T1的計數值清零,并重新啟動定時。T0的值即為高電平脈寬,T1～T0的值為低電平脈寬。T0、T1與紅外編碼信號脈寬的對應關系并且存儲到外部儲蓄器24C256中等待發送調用。
4 結語
隨著信息技術的高速發展,智能家居技術越來越受到人們的關注,是現代網絡技術研究的重點之一,而利用總線技術來實現智能家居又是智能家居技術發展的重要方向。而智能家居也不再是一幢被動的建筑,已經成了幫助主人盡量利用時間的工具,使家庭更為舒適、安全、高效和節能。
關鍵詞:智能家居 控制 設計
1 智能家居控制系統功能
智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范三個方面。
1.1 家庭通信
1.1.1 電話線路:通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。
1.1.2 計算機互聯網:通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。
1.1.3 CATV線路:通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。
1.1.4 無線局域網:通過無線收發器、天線、各種無線終端,實現雙向傳輸數據信號。
1.2 家庭設備自動監控
1.2.1 家用電器的監視和控制 按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。
1.2.2 熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序,通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量,并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。
1.2.3 空調機的監視、調節和控制 按照預先所設定的程序,根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。
1.3 家庭安全防范
1.3.1 防火災發生 通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器,監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號,通知家人及小區物業管理部門。
1.3.2 防可燃氣體泄漏 通過設置在廚房的可燃氣體探測器,監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號,并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥,同時通知家人及小區物業管理部門。
1.3.3 防盜報警 防盜報警的防護區域分成兩部分,即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關,在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器。
2 智能家居中的總線技術
要實現家居的智能化,就必須實現家居的網絡化,使家居內的大部分電器設備能夠通過一定的方式連入網絡,從而實現這些設備的遠程控制和自動控制。家居電器的上網實質是網絡最后接入的1公里之內的問題,此類問題要求網絡可靠性高、信心量少,多個設備之間的互操作性強。就智能家居而言,如何把結構和性能不一的電器設備接入網絡,如何能夠實現這些設備的相互通信是在構建智能家居時主要考慮的問題,所以說,智能家居的關鍵技術其實就是網關技術和總線技術。文章主要討論的是其中的總線技術。總線技術在智能家居行業當中,目前可以算是應用最為廣泛的一種技術手段。在總線技術下生成的智能家居系統,最大的特點是具有可擴展性,工程安裝也不是很復雜。由于科學技術的不斷發展,新生成許多總線協議下的智能家居系統的價格也不是很高,目前市場的銷售情況也很不錯。智能家居中的現場總線控制系統通過系統總線來實現家居燈光、電器及報警系統的聯網以及信號傳輸,采用分散型現場控制技術,控制網絡內各功能模塊只需要就近接入總線即可,布線比較方便。一般來說,現場總線類產品都支持任意拓撲結構的布線方式,即支持星型與環狀結構走線方式。燈光回路、插座回路等強電的布線與傳統的布線方式完全一致。“一燈多控”,在家庭應用比較普遍,以往一般采用“雙聯”、“四聯”開關來實現,走線復雜而且布線成本高。若通過總線方式控制,則完全不需要增加額外布線。是一種全分布式智能控制網絡技術,其產品模塊具有雙向通信能力,以及互操作性和互換性,其控制部件都可以編程。
3 硬件電路設計
3.1 語言提示電路 ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術,每個采樣值直接存儲在片內單個E2PROM單元中,不需另加A/D或D/A變換來存儲和重放,能夠非常自然、真實地再現語音,音樂,音調和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”,因此,作為目前國內外較為理想的語音芯片,在許多領域得到了廣泛地應用。語音芯片音質的優劣、功能的強弱決定了報站器的語音效果和性能。
3.2 TC35短消息模塊接口電路 TC35短消息模塊是RS-232C標準接口,RS-232C標準的全稱是EIA-RS-232C標準,其中EIA代表美國電子工業協會,RS代表推薦標準,232是標識號,C代表RS232的最新一次修改。目前在PC機上的COM1、COM2接口就是RS-232C接口。TI公司的MAX3238芯片供電電壓為3～5.5V,符合TIA/EIA-232-F 和ITU v.28標準。具有獨特的±15KV人體靜電保護措施,兼容5V邏輯輸入,內含3路接收、5路發送串行通信接口,最大數據傳輸速率可達250 kbps。該芯片的最大特點是,在串行口無數據輸入的情況下,可以靈活的進行電源管理,即當FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14腳)為高電平時,Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運行模式下,約30秒事件內若芯片在接收和發送引腳沒有檢測到有效信號,將自動進入Powerdown模式,此時耗電1uA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平,那么Auto-Powerdown Plus功能失效。在Auto-Powerdown Plus功能有效的時,如果檢測到接收或發送引腳有信號輸入,該芯片自動被激活,轉入正常工作狀態。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于-2.7V,或者位于-0.3V～0.3V的時間小于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數據有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時間大于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為低電平。
3.3 紅外學習遙控接收電路設計 所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數據對38kHz～40kHz的方波進行脈沖幅度調制而產生的。如果直接對已調波進行測量,而其脈寬只有20多微秒,由于單片機的指令周期是微秒級,會產生很大的誤差。因此,先要對已調波進行解調,對解調后的波形進行測量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機的INT0和T0腳,定時器T0和T1都初始化為定時工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時,記錄T0、T1的計數值,然后將T0、T1的計數值清零,并重新啟動定時。T0的值即為高電平脈寬,T1～T0的值為低電平脈寬。T0、T1與紅外編碼信號脈寬的對應關系并且存儲到外部儲蓄器24C256中等待發送調用。
4 結語
隨著信息技術的高速發展,智能家居技術越來越受到人們的關注,是現代網絡技術研究的重點之一,而利用總線技術來實現智能家居又是智能家居技術發展的重要方向。而智能家居也不再是一幢被動的建筑,已經成了幫助主人盡量利用時間的工具,使家庭更為舒適、安全、高效和節能。
