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智能家居系統(tǒng)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2012-09-11  瀏覽次數(shù):368
序GuI在后端發(fā)送短信,這樣用戶可以很容易地操作電器。如果在家里面手機(jī)應(yīng)用程序會選擇藍(lán)牙,在外面的話可以通過GSM通信。
  DTMF音調(diào)
  DTMF代表雙音多頻。手機(jī)的每個按鈕對應(yīng)唯一的頻率,這些音調(diào)可以使用DTMF解碼芯片解碼,或者內(nèi)嵌在一種先進(jìn)的片上系統(tǒng)芯片。可以在單片機(jī)內(nèi)定義不同的功能,根據(jù)DTMF音調(diào)輸入可以觸發(fā)相應(yīng)的功能。使用DTMF音調(diào)任何手機(jī)都可以用來控制家居,甚至固定電話線也可以作相同的用途。用戶可以發(fā)送DTMF音調(diào)或撥打家庭固定的SIM卡號碼,或通過藍(lán)牙發(fā)送音調(diào)。甚至一個筆記本也可使用藍(lán)牙來發(fā)送DTMF音調(diào)。圖11為DTMF音調(diào)處理框圖。
  通過互聯(lián)網(wǎng)
  可以為用戶登錄創(chuàng)造一個安全的網(wǎng)站。登入網(wǎng)站后,它將給用戶顯示一個GUI,這個界面會根據(jù)家中電器的不同而不同。用戶可以打開/關(guān)閉或控制電器其他方面。用戶已經(jīng)選擇了的任何選項都將儲存在GuI中,并立刻將此信息發(fā)送到短信網(wǎng)關(guān),短信網(wǎng)關(guān)會回發(fā)短信到連接在GSM調(diào)制解調(diào)器的用戶SIM。GSM調(diào)制解調(diào)器將解碼這條信息并把它送到控制器,控制器會進(jìn)行相應(yīng)工作。
  反饋
  如果我們使用移動電話/互聯(lián)網(wǎng)控制電器,得到確認(rèn)是非常重要的。這有許多原因,有可能某些設(shè)備沒有工作,例如沒有供電,電器故障等。所以當(dāng)我們打開設(shè)備時,繼電器可以使用備用電池開機(jī),但電器還將繼續(xù)保持關(guān)的狀態(tài)。
  電流互感器可以用作得到反饋的一個方法。每當(dāng)任何電器打開時,電流將會從線中開始流到連接的那臺設(shè)備。可以感應(yīng)到電流來監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。一些語音命令例如開、關(guān)等可以存儲在能夠儲存聲音的芯片中,這聲音可以通過手機(jī)傳送,把聲音輸出連接到麥克風(fēng)線路。
  安全措施
  為提高家居安全,除了先前已經(jīng)討論過的傳感器,還可以添加如下設(shè)備。
  1.門上相機(jī),每當(dāng)探測到有人時,其會拍照并存儲,照相機(jī)可使用PIR傳感器觸發(fā)。
  2.同樣的、家里面的相機(jī)也可以打開并通過電子郵件發(fā)送實(shí)時照片,這樣家里沒人時可以檢測有無人員闖入。
  3.安全鑰匙。使用指紋掃描/人臉識別。
  4.電子鎖或雙安全門。
  不同模式
  只需一次觸摸,整個家就可以根據(jù)不同需求設(shè)置為不同的模式,包括家庭影院模式、出門模式、度假模式、夜間模式、白天模式等。
  使用片上系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
  當(dāng)這些功能變成實(shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)時,片上系統(tǒng)是最好的實(shí)現(xiàn)方式,這是由于其系統(tǒng)尺寸小、產(chǎn)品開發(fā)周期短。片上系統(tǒng)在一個芯片上集成了可配置的模擬和數(shù)字外設(shè)(例如運(yùn)放,ADC,濾波器,DAC等),存儲器和單片機(jī),可與不同類型的傳感器連接。它使得設(shè)計簡單,更快實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品并降低BOM。
  一些先進(jìn)的PLC器件也具備片上系統(tǒng)(如賽普拉斯的PLC器件),使用這種PLC可以確保不需要其他微控制器來處理電力線收到的信號解碼。圖14所示為PSoC3中的一些傳感器接口,同樣可以用于任何其他傳感器,外部需要連接被動元件。
  智能家居設(shè)備新興市場正鼓勵應(yīng)用工程師考慮這樣的方案,將多項功能整合集成到一個系統(tǒng)中。通過其創(chuàng)新的理念和高瞻遠(yuǎn)矚的思想,他們正努力設(shè)計出非常高效和可靠的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅可以使用戶遠(yuǎn)程訪問家電并自動處理日常家務(wù),并且還用最低數(shù)量芯片考慮到了安全問題。
  傳感器
  運(yùn)動傳感器
  人會產(chǎn)生紅外輻射。在正常的體溫下,人類在紅外區(qū)域會有強(qiáng)烈輻射,波長為9.4μm。熱電傳感器是由陶瓷材料構(gòu)成,暴露在紅外輻射下其表面會產(chǎn)生電荷。這個屬性可以用于運(yùn)動檢測。PIR傳感器還可以從振動、無線電干擾、陽光等觸發(fā)錯誤檢測。為了避免這種雙傳感器連接的相位差,共同連接到這兩個傳感器的任何激勵相互抵消了。當(dāng)身體經(jīng)過傳感器前面時,它激發(fā)第一個傳感器,然后第二個。于是有一個變化標(biāo)志身體從傳感器一側(cè)移動到另一側(cè)的差分輸出。這一變化標(biāo)志也可以用來檢測運(yùn)動,可用于人員檢測,增加一個濾波窗口可以限制8~14μm范圍的外來輻射,這是對人體輻射最敏感的范圍。為了提高傳感器的范圍和探測角度,使用了菲涅耳透鏡。它把到來的紅外輻射集中到傳感器。菲涅耳透鏡孔徑較大并且焦距較短。圖3說明了PIR傳感器的接口電路。
  PIR傳感器可用于以下用途:控制走廊光或其他任何不需要持續(xù)發(fā)光的區(qū)域從而節(jié)約用電:通過監(jiān)測PIR傳感器內(nèi)兩個感應(yīng)區(qū)域之間的差分輸出來指導(dǎo)感應(yīng)。
  門傳感器
  門傳感器可以使用電容式感應(yīng)實(shí)現(xiàn),可以檢測板間兩塊金屬極電容的變化并轉(zhuǎn)化為計數(shù)、可以從這些計數(shù)值檢測到門的打開和關(guān)閉。
  可以在門頂端部分附加一個小金屬板,電容感應(yīng)芯片可以安裝在靠近門的墻上。當(dāng)門關(guān)上時,由于金屬靠近電容將增加。使用這種方法,我們甚至可以檢測到非常輕微的開門。
  另一種檢測門是否打開或關(guān)閉的方法是使用磁簧開關(guān)。磁簧開關(guān)有兩個密封在玻璃內(nèi)的金屬簧片。可以由一個磁簧開關(guān)、微控制器和RF模塊構(gòu)成一個完整的無線模塊。門后鉆一個洞,這個完整的模塊插在里面。在門上放置一塊磁鐵,可以靠近傳感器。根據(jù)接近傳感器和磁體的接近程度,檢測門的位置。
  玻璃破碎傳感器
  這種傳感器是用來偵測任何通過窗戶的入侵。有多種玻璃破碎傳感器,他們的工作原理也不同,可以基于成本和需求進(jìn)行選擇。基本傳感器安裝在玻璃本身,他們通常有一個麥克風(fēng),其監(jiān)控來自玻璃的噪聲與振動。如振動超過固定閾值,這些傳感器觸發(fā)輸出。一些傳感器可以調(diào)試到玻璃破碎頻率,使用復(fù)雜的運(yùn)算法則可以從多塊玻璃中找到那塊破碎的。通過聲音和震動并行處理,也可以精確檢測到玻璃打破的時間。
  光感應(yīng)傳感器
  這種傳感器可以用來根據(jù)環(huán)境控制走廊燈光強(qiáng)度。可以使用一個LDR測量環(huán)境光。LDR是一種光敏電阻,其電阻會根據(jù)入射光的變化而變化。在圖6的電路中,ADC輸入電壓會根據(jù)入射光而變化,經(jīng)過處理后,走廊燈的光強(qiáng)度可以改變。如果是LED燈,可以采用LED驅(qū)動芯片控制,如果是白熾燈,其強(qiáng)度可以通過改變晶體管的點(diǎn)弧角來控制。通常使用內(nèi)嵌FET或內(nèi)嵌FET控制器的片上系統(tǒng)來控制LED燈。限制在綠色實(shí)現(xiàn)區(qū)域可由PPSoC實(shí)現(xiàn),它是一種由賽普拉斯生產(chǎn)的內(nèi)嵌FET的LED控制芯片。
  濕度傳感器
  濕度傳感器可以用來控制花園澆水裝置。他們可以固定在土壤中,在設(shè)定的時間內(nèi)可以基于土壤的水位打開灑水裝置。這既可以節(jié)約用水又可確保植物及時澆水。
  溫度/煙霧傳感器
  溫度傳感器可以用于當(dāng)溫度上升超過某一特定值時打開風(fēng)扇,也可以用于控制風(fēng)扇強(qiáng)度。鍋爐的燒水時間也可以通過外部溫度動態(tài)控制。
  煙霧傳感器用于在早期階段檢測火災(zāi),可以安裝在靠近廚房等任何容易起火的區(qū)域。檢測到煙火時,它會觸發(fā)報警并打開灑水裝置。
  在緊急情況下,例如短路、火災(zāi)等,安全出口方向道路上的燈光可以使用備用電池點(diǎn)亮。
  窗戶傳感器
  Reed傳感器可以安裝在一扇窗,磁鐵安裝在另一扇。電路類似于玻璃傳感器。為了具有隱藏性,防止傳感器被外界破壞,小型激光光源可以安裝在一面而光電二極管安裝在另一方面,如果有人試圖闖入,光線將被中斷,會對這個事件觸發(fā)報警。
  在智能家居方面還有很多其他種類的傳感器非常有用,如氣體傳感器、水位傳感器、紅外傳感器等。這些傳感器接口簡單,我們留給讀者來研究并應(yīng)用于家庭。傳感器之間的通訊
  不同傳感器和處理單元之間的恰當(dāng)信道保證了信號在房子內(nèi)的正確通訊。連接傳感器有不同的媒介,有線和無線,他們都有利有弊。最好的方法是根據(jù)需要來權(quán)衡,諸如傳感器距離,成本和便于使用等方面。
  電力線通訊(PLC)
  電力線通訊(PLC)是利用家中已有的輸電線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞剑軠p少布線工作和成本。數(shù)據(jù)可以在交流或直流線路傳輸。要傳送的數(shù)據(jù)使用頻移鍵控,經(jīng)過高頻信號調(diào)制,然后耦合到現(xiàn)有電力線。市場上已經(jīng)有專門的芯片,負(fù)責(zé)在器件本身調(diào)制。外部電路用于放大收發(fā)的數(shù)據(jù)。要耦合調(diào)制數(shù)據(jù)到現(xiàn)有的電力線路就需要變壓器。用戶使用CENELEC協(xié)議,125-140KHz的頻率用于調(diào)制。cENELEC協(xié)議保證了在一個時間只能有一個設(shè)備通信,從而提高了可靠性。用于PLC的芯片遵循這個協(xié)議,數(shù)據(jù)可以很容易通過電力線傳輸。
  PLC設(shè)備可以和其他設(shè)備安裝在家里的不同地點(diǎn)。電子設(shè)備可直接通過接口電路與PLC器件連接。
  藍(lán)牙與PLC
  智能手機(jī)或手提電腦可以作為十個通用遙控器控制家里所有的設(shè)備,所需要的就是一個藍(lán)牙模塊連接到PLC設(shè)備。藍(lán)牙發(fā)送信號使用AT命令,一旦手機(jī)或電腦與這個調(diào)制解調(diào)器同步,那么無論從手機(jī)感應(yīng)到什么數(shù)據(jù),藍(lán)牙調(diào)制解調(diào)器都會收到。接下來藍(lán)牙調(diào)制解調(diào)器會把信號傳送到PLC設(shè)備。PLC設(shè)備將進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼并根據(jù)命令通過電力線傳送。家里所有連接的PLC設(shè)備都會收到那些信號,其中一個是目的地,它將對信號進(jìn)行解碼并給出相應(yīng)的輸出信號。電子設(shè)備可以通過繼電器或晶體管與PLC設(shè)備連接,這取決于設(shè)備類型。
  
  
  
  
  
  
  
  用戶控制
  控制必須直觀和方便,這樣用戶可以在任何時間用最少的遙控數(shù)目進(jìn)行控制。
  通過手機(jī)   我們可以使用手機(jī)通過發(fā)送消息或撥打號碼來控制電器和按下按鈕(DTMF音調(diào))。從手機(jī)發(fā)送短信就能激活/關(guān)閉任何特定的設(shè)備。短信發(fā)送和接收必需用到GSM調(diào)制解調(diào)器、GSM調(diào)制解調(diào)器執(zhí)行AT指令。AT指令是一套預(yù)定義的指令,GSMN制解調(diào)器可以識別。GsM調(diào)制解調(diào)器可以通過UART和微控制器連接,來自和去往GSM調(diào)制解調(diào)器的AT指令在微控制器中編碼/解碼,因此功能可以實(shí)現(xiàn)。另一種方式是使用手機(jī)應(yīng)用程
 
 
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