一、引言
在經濟和知識迅速崛起的信息時代，人類已經不滿足與一個簡單的居住環境，對家居環境的要求越來越高。智能家居系統能夠實現家居的智能化管理，讓人與環境更統一和諧。智能家居只要是利用現代先進的計算機網絡技術，電子技術，自動化控制技術，綜合布線技術等，依照人體工程學原理，融合個性需求，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，實現“以人為本”的全新家居生活體驗。智能家居系統提供了高效、舒適的家居環境，確保住戶的生命財產安全；集中控制調節家居環境的溫度等，受到廣泛的關注，并具有良好的發展前景。
本文主要利用模擬電子電路與數字邏輯電路中的基礎電路，以紅外遙控開關電路為核心，加上傳感器電路，計數電路，觸發器電路，集成運放電路，語音電路等，共同構成簡易小型的智能家居系統。該系統分為三大模塊，實現以下智能家居相關的功能：根據屋內是否有人控制系統總電源的開關；記錄并顯示當前屋內的人數；進門報警功能；遙控控制屋內燈的開關；遙控控制開關窗簾等。
二、系統原理與方案設計
（一）基本原理
基于基礎電路的智能家居系統由三部分組成，家居的總電源由熱釋傳感器組成的家居人數紀錄電路控制，熱釋傳感器電路可以判斷并紀錄人員的進出，并將相應信號傳給計數器紀錄當前屋內的人數并顯示，當計數器計為零時指示當前屋內無人，則后續電路斷電；當計數器計數不為零時表示屋內有人，則系統上電；且該模塊還可以實現人員進入時的報警，由語音電路完成。后續電路主要為紅外遙控收發電路，由一個紅外遙控發射電路控制電燈與窗簾的開關。紅外發射電路由電阻電容組成的振蕩電路構成；紅外接收電路由紅外接收管經晶體管組成的放大電路后將信號傳給觸發器電路構成，觸發器的輸出控制電燈與窗簾的開關。
（二）模塊框圖
系統模塊框圖如圖1所示。
（三）元件選擇
1.紅外對管
紅外對管是由紅外發射管與紅外接收管組成。紅外發射管也稱為紅外線發射二級管，當外加正向偏壓注入電流時激發產生紅外光，并能將紅外光輻射出去。應用于遙控發射電路中，作為遙控信號發射器，將外加電信號轉換成紅外信號，并發送給接收電路。常用的紅外發射管外形和發光二極管相似，管壓降約為1.4v，工作電流一般小于20mA。紅外發射管發射紅外的控制距離與發射功率成正比，為使紅外線能控制更遠的距離，需要使紅外發射管工作于脈沖狀態，使紅外發光二極管產生調制光。
紅外接收管也稱為紅外光敏二極管，它能將紅外光信號轉換成電信號，通常具有接收，放大，解調一體功能。當紅外接受管接收到由發射管發射的紅外光輻射后，形成光電流，經放大后輸出作為后續電路的控制信號。
2.熱釋電紅外傳感器
熱釋電傳感器又稱人體紅外傳感器，被廣泛應用于防盜報警、來客告知及非接觸開關等紅外領域。
熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，配合后續的放大電路，將釋放的電荷經放大器可轉換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。熱釋電傳感器內部結構如圖2所示。
3.74LS76觸發器
74ls76是帶預置端和清除端的雙觸發器。當CP信號由高電平變為低電平時觸發，實現JK觸發器的功能，如圖3、4所示。
4.74lS192計數器
74LS192是同步十進制可逆雙向計數器。當有上升脈沖沿輸入到CPu時，計數器進行加操作，當有上升脈沖沿輸入到CPd時，計數器進行減操作。
當置數端為低電平時，計數器置數為P0、P1、P2、P3輸入的數，為高時為正常計數狀態。圖5是74LS192芯片引腳圖，圖6是74LS192功能表
5.音樂芯片KD253B
圖7是音樂芯片內部結構，在輸出端串連一個電位器可改善電路對上級電路的影響。聲音可通過外接電阻電容調整。
三、系統設計
1.方向識別及電源總控模塊
該電路的硬件方框圖如圖8。方向識別及電源總控模塊主要由信號產生模塊、信號判別、延時模塊、語言發生電路、數字顯示電路和繼電器總控制模塊組成。
（1）信號產生模塊
在面包板頭部安裝了兩個方向相反的熱釋電紅外傳感器A、B，靠人發出的紅外線識別。當有人從傳感器A走向傳感器B時，傳感器A將產生正半周信號，B產生負半周信號。當從B走向A時，則和上述相反。其后由兩個運算放大器構成2級放大電路，對傳感器產生的信號起放大作用。傳感器產生的正半周信號達到一定幅度后將給后續電路提供觸發信號。
（2）信號判斷、延時模塊
信號判別模塊兩個和比較器四個或非門組成。A傳感器產生正半周信號時，判斷電路判別此時有人進入，經延時模塊延時，將產生一個持續時間為3—5s的高電平信號，即語音發聲信號，當B傳感器產生正半周信號時則相反。信號延時時間由電容和電阻組成并決定。
（3）語音發生模塊
由語音芯片SD8917及揚聲器組成。當有正信號出發語音電路時，語音芯片產生音樂提醒并通過揚聲器發出。
（4）數字顯示模塊
由可逆計數器74LS192、七段譯碼器74LS248及數碼管組成。利用信號延時模塊產生高電平作為可逆計數器的時鐘輸入，控制可逆計數器加、減，并通過譯碼電路和數碼管顯示家里的總人數。
（5）繼電器總控制模塊
由繼電器及4輸入或門組成。將計數器的輸出端作為或門的輸入，當家里人數部位零，即輸入不為0時，或門輸出為1，電流觸發使繼電器吸合打開整個家居的總開關。而當家里沒人時計數器輸出0，或門輸出也為0，繼電器斷開，整個家居將不能工作，能節省耗電量。
該模塊的原理圖如圖9所示。
2.紅外遙控收發電路
（1）紅外遙控發射電路
紅外遙控發射電路采用由三極管V1、V2，電容C1、C2與電阻R1、R2等基本元件組成的多諧振蕩電路作為觸發紅外發射管的脈沖信號構成。當V1導通時使得V2的基極與集電極之間的電壓Vbe<0.7v，則V2截止；同理當V2導通時使得V1的基極與集電極之間的電壓Vbe<0.7v，則V1截止.這樣振蕩器就有兩種暫穩態，并通過電容C1、C2的充放電進行兩種暫穩態之間的轉換。每按下按鍵A1時，電源接通振蕩器開始工作，產生矩形脈沖，并經紅外發射管調制后以紅外光的形式輸出。紅外遙控發射電路原理圖如圖10所示。
（2）紅外遙控接收電路
紅外遙控接收電路由紅外接收管，集成雙電壓比較器LM393等組成，如圖11所示。調整電位器R2，使得正常情況下（發射電路按鍵未按下）紅外接收管上的電壓V1大于電位器可調端輸出電壓即電壓比較器輸出為高電平；當按下紅外遙控發射電路的按鍵時，紅外發射管即發出紅外信號，被紅外接收管接收將V1拉底使得V1
在經濟和知識迅速崛起的信息時代，人類已經不滿足與一個簡單的居住環境，對家居環境的要求越來越高。智能家居系統能夠實現家居的智能化管理，讓人與環境更統一和諧。智能家居只要是利用現代先進的計算機網絡技術，電子技術，自動化控制技術，綜合布線技術等，依照人體工程學原理，融合個性需求，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，實現“以人為本”的全新家居生活體驗。智能家居系統提供了高效、舒適的家居環境，確保住戶的生命財產安全；集中控制調節家居環境的溫度等，受到廣泛的關注，并具有良好的發展前景。
本文主要利用模擬電子電路與數字邏輯電路中的基礎電路，以紅外遙控開關電路為核心，加上傳感器電路，計數電路，觸發器電路，集成運放電路，語音電路等，共同構成簡易小型的智能家居系統。該系統分為三大模塊，實現以下智能家居相關的功能：根據屋內是否有人控制系統總電源的開關；記錄并顯示當前屋內的人數；進門報警功能；遙控控制屋內燈的開關；遙控控制開關窗簾等。
二、系統原理與方案設計
（一）基本原理
基于基礎電路的智能家居系統由三部分組成，家居的總電源由熱釋傳感器組成的家居人數紀錄電路控制，熱釋傳感器電路可以判斷并紀錄人員的進出，并將相應信號傳給計數器紀錄當前屋內的人數并顯示，當計數器計為零時指示當前屋內無人，則后續電路斷電；當計數器計數不為零時表示屋內有人，則系統上電；且該模塊還可以實現人員進入時的報警，由語音電路完成。后續電路主要為紅外遙控收發電路，由一個紅外遙控發射電路控制電燈與窗簾的開關。紅外發射電路由電阻電容組成的振蕩電路構成；紅外接收電路由紅外接收管經晶體管組成的放大電路后將信號傳給觸發器電路構成，觸發器的輸出控制電燈與窗簾的開關。
（二）模塊框圖
系統模塊框圖如圖1所示。
（三）元件選擇
1.紅外對管
紅外對管是由紅外發射管與紅外接收管組成。紅外發射管也稱為紅外線發射二級管，當外加正向偏壓注入電流時激發產生紅外光，并能將紅外光輻射出去。應用于遙控發射電路中，作為遙控信號發射器，將外加電信號轉換成紅外信號，并發送給接收電路。常用的紅外發射管外形和發光二極管相似，管壓降約為1.4v，工作電流一般小于20mA。紅外發射管發射紅外的控制距離與發射功率成正比，為使紅外線能控制更遠的距離，需要使紅外發射管工作于脈沖狀態，使紅外發光二極管產生調制光。
紅外接收管也稱為紅外光敏二極管，它能將紅外光信號轉換成電信號，通常具有接收，放大，解調一體功能。當紅外接受管接收到由發射管發射的紅外光輻射后，形成光電流，經放大后輸出作為后續電路的控制信號。
2.熱釋電紅外傳感器
熱釋電傳感器又稱人體紅外傳感器，被廣泛應用于防盜報警、來客告知及非接觸開關等紅外領域。
熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，配合后續的放大電路，將釋放的電荷經放大器可轉換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。熱釋電傳感器內部結構如圖2所示。
3.74LS76觸發器
74ls76是帶預置端和清除端的雙觸發器。當CP信號由高電平變為低電平時觸發，實現JK觸發器的功能，如圖3、4所示。
4.74lS192計數器
74LS192是同步十進制可逆雙向計數器。當有上升脈沖沿輸入到CPu時，計數器進行加操作，當有上升脈沖沿輸入到CPd時，計數器進行減操作。
當置數端為低電平時，計數器置數為P0、P1、P2、P3輸入的數，為高時為正常計數狀態。圖5是74LS192芯片引腳圖，圖6是74LS192功能表
5.音樂芯片KD253B
圖7是音樂芯片內部結構，在輸出端串連一個電位器可改善電路對上級電路的影響。聲音可通過外接電阻電容調整。
三、系統設計
1.方向識別及電源總控模塊
該電路的硬件方框圖如圖8。方向識別及電源總控模塊主要由信號產生模塊、信號判別、延時模塊、語言發生電路、數字顯示電路和繼電器總控制模塊組成。
（1）信號產生模塊
在面包板頭部安裝了兩個方向相反的熱釋電紅外傳感器A、B，靠人發出的紅外線識別。當有人從傳感器A走向傳感器B時，傳感器A將產生正半周信號，B產生負半周信號。當從B走向A時，則和上述相反。其后由兩個運算放大器構成2級放大電路，對傳感器產生的信號起放大作用。傳感器產生的正半周信號達到一定幅度后將給后續電路提供觸發信號。
（2）信號判斷、延時模塊
信號判別模塊兩個和比較器四個或非門組成。A傳感器產生正半周信號時，判斷電路判別此時有人進入，經延時模塊延時，將產生一個持續時間為3—5s的高電平信號，即語音發聲信號，當B傳感器產生正半周信號時則相反。信號延時時間由電容和電阻組成并決定。
（3）語音發生模塊
由語音芯片SD8917及揚聲器組成。當有正信號出發語音電路時，語音芯片產生音樂提醒并通過揚聲器發出。
（4）數字顯示模塊
由可逆計數器74LS192、七段譯碼器74LS248及數碼管組成。利用信號延時模塊產生高電平作為可逆計數器的時鐘輸入，控制可逆計數器加、減，并通過譯碼電路和數碼管顯示家里的總人數。
（5）繼電器總控制模塊
由繼電器及4輸入或門組成。將計數器的輸出端作為或門的輸入，當家里人數部位零，即輸入不為0時，或門輸出為1，電流觸發使繼電器吸合打開整個家居的總開關。而當家里沒人時計數器輸出0，或門輸出也為0，繼電器斷開，整個家居將不能工作，能節省耗電量。
該模塊的原理圖如圖9所示。
2.紅外遙控收發電路
（1）紅外遙控發射電路
紅外遙控發射電路采用由三極管V1、V2，電容C1、C2與電阻R1、R2等基本元件組成的多諧振蕩電路作為觸發紅外發射管的脈沖信號構成。當V1導通時使得V2的基極與集電極之間的電壓Vbe<0.7v，則V2截止；同理當V2導通時使得V1的基極與集電極之間的電壓Vbe<0.7v，則V1截止.這樣振蕩器就有兩種暫穩態，并通過電容C1、C2的充放電進行兩種暫穩態之間的轉換。每按下按鍵A1時，電源接通振蕩器開始工作，產生矩形脈沖，并經紅外發射管調制后以紅外光的形式輸出。紅外遙控發射電路原理圖如圖10所示。
（2）紅外遙控接收電路
紅外遙控接收電路由紅外接收管，集成雙電壓比較器LM393等組成，如圖11所示。調整電位器R2，使得正常情況下（發射電路按鍵未按下）紅外接收管上的電壓V1大于電位器可調端輸出電壓即電壓比較器輸出為高電平；當按下紅外遙控發射電路的按鍵時，紅外發射管即發出紅外信號，被紅外接收管接收將V1拉底使得V1
