住宅智能化是IT技術(shù)向傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。自1984年在美國誕生第一座智能大廈以來，智能建筑的發(fā)展在世界范圍內(nèi)一浪高過一浪。從各種特殊功用的智能大樓，到近幾年已經(jīng)全面向建筑行業(yè)的最基本內(nèi)容——民居住宅發(fā)展，引起了住宅建筑本身智能型、舒適性的革命性變化，還帶動了家用電器的操作控制智能化，產(chǎn)生了信息家電產(chǎn)業(yè)。國外甚至出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)房屋，出現(xiàn)了與虛擬社區(qū)相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。國內(nèi)智能小區(qū)的建設(shè)也十分火爆，這其中的最基本單元就是智能住宅。
智能建筑在我國經(jīng)過十多年的發(fā)展，正面臨著前所未有的大好形勢。目前，絕大多數(shù)的智能家居產(chǎn)品尚處在發(fā)展初級階段，系統(tǒng)集成程度低、動作聯(lián)動性差、智能化水平差，甚至由于其功能的不完備，系統(tǒng)操作反而成為一種負(fù)擔(dān)。為了解決這些問題，本文詳細(xì)闡述了筆者親身設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)——分布式智能家居系統(tǒng)。
一、分布式智能家居系統(tǒng)構(gòu)建背景
分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）采用多臺控制分機(jī)分別承擔(dān)不同的控制功能和處理范圍，不僅其處理能力大大提高，而且將危害及系統(tǒng)安全的因素降低。由于智能家居系統(tǒng)具有監(jiān)控點(diǎn)多、控制動作簡單、設(shè)備分布散、系統(tǒng)邏輯關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行需要協(xié)調(diào)大量被監(jiān)控對象之間的關(guān)系，這就需要應(yīng)用一種適合該系統(tǒng)特點(diǎn)要求的控制理論。于是，本設(shè)計(jì)采用工業(yè)上廣為使用的分布式控制系統(tǒng)來構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分級模塊的方式，可以使處理工作分散、協(xié)調(diào)工作統(tǒng)一、控制功能靈活機(jī)動、可靠性高、安裝靈活方便。采用分布式控制技術(shù)，系統(tǒng)分類分區(qū)的監(jiān)控可以分散系統(tǒng)處理器運(yùn)算處理工作，減小誤報(bào)、誤控的發(fā)生。同時(shí)，分散的子系統(tǒng)各自獨(dú)立工作，可以避免系統(tǒng)一處故障全體癱瘓的情形出現(xiàn)。
1. 分布式控制系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀
DCS在智能建筑中的應(yīng)用早已提出，所構(gòu)建系統(tǒng)控制分機(jī)采用可靠性較高的PC機(jī)作為控制分機(jī)及主機(jī)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大、可靠性高。但是，智能家居系統(tǒng)不可能采用多臺PC機(jī)來構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)，這就要求必須有分散的控制處理單元。加之其處理工作繁瑣但不復(fù)雜，故本文采用了處理能力簡單的AVR單片機(jī)為模塊處理器。所構(gòu)建的系統(tǒng)功能適用、性價(jià)比高、功能穩(wěn)定，完全可以達(dá)到要求。
2. 分布式智能家居的構(gòu)建思路
智能家居系統(tǒng)的設(shè)備量大、分布散、需要監(jiān)控的數(shù)量多，以及網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，必將改變目前這種家用電器單機(jī)運(yùn)作的模式。同時(shí)又考慮到家用電器的擺放及使用的靈活性，我們研究并提出了采用分布式控制技術(shù)解決方案。根據(jù)DCS的特點(diǎn)與智能家居系統(tǒng)的功能需要，選用了ATMEL公司生產(chǎn)的8位AVR單片機(jī)——ATmega8。
考慮到同類分機(jī)模塊的功能基本相同，我們設(shè)計(jì)了環(huán)境監(jiān)測分機(jī)模塊、監(jiān)控分機(jī)模塊、控制主機(jī)模塊。最后，據(jù)各子系統(tǒng)不同的功能要求分別編制對應(yīng)程序進(jìn)行現(xiàn)場錄制，從而使各模塊真正具有功能齊全、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)升級方便的特點(diǎn)。家庭內(nèi)各個(gè)被控單元與控制功能模塊連接，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，并且各模塊間建立聯(lián)系，最終通過控制主機(jī)模塊與PC機(jī)及電話等連接。主人可以通過遙控器、網(wǎng)絡(luò)、電話等監(jiān)控家庭安全及住宅環(huán)境狀況，遙控家用電器的運(yùn)行。
二、分布式智能家居控制系統(tǒng)的構(gòu)建
為了綜合利用資源，模塊的設(shè)計(jì)采用了統(tǒng)分結(jié)合的指導(dǎo)思想，實(shí)現(xiàn)家居智能監(jiān)控可以簡化為監(jiān)測處理信息和實(shí)現(xiàn)控制功能。為了滿足家庭內(nèi)所有監(jiān)控功能，根據(jù)需要將所需監(jiān)控對象根據(jù)位置劃分，安裝相應(yīng)的分機(jī)模塊。
1. 系統(tǒng)構(gòu)建總體框架
系統(tǒng)功能根據(jù)監(jiān)控任務(wù)的不同分為三類：環(huán)境狀況監(jiān)測功能；設(shè)備開關(guān)監(jiān)控功能；信息處理及對外通信功能。據(jù)此，將家庭內(nèi)各處設(shè)備分類分區(qū)控制，并且模塊間均具有獨(dú)立的通信及控制功能，可以相互協(xié)作（如圖1所示）。例如，監(jiān)測模塊把所監(jiān)測到的信息發(fā)送到總線上，控制模塊接收并判斷實(shí)現(xiàn)控制功能�？刂浦鳈C(jī)模塊與家用PC及電話互通信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2. 系統(tǒng)構(gòu)建模塊
1）環(huán)境監(jiān)測分機(jī)模塊
設(shè)計(jì)環(huán)境監(jiān)測模塊，主要是因?yàn)榄h(huán)境參數(shù)受周圍電器工作和安裝位置的影響較大。為了防止檢測誤差，單獨(dú)安裝減小干擾作用。該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測住宅內(nèi)外的所有環(huán)境信息，包括溫度、濕度、亮度、煙霧、燃?xì)狻⒃胍�、風(fēng)速、空氣質(zhì)量、有人活動、玻璃破碎等參數(shù)。它還可以將所有的信息進(jìn)行綜合分析，最后將結(jié)果總結(jié)，決定該采取何種控制動作并發(fā)送到總線上，比如環(huán)境監(jiān)測模塊檢測房間內(nèi)的溫度，同時(shí)與總線上傳來的室外溫度及天氣情況進(jìn)行邏輯分析。如果室外溫度舒適而且空氣質(zhì)量好，未有刮風(fēng)下雨等，則該模塊就會發(fā)送打開該房間窗戶的命令。相反，如果天氣突然惡劣時(shí)，會發(fā)出關(guān)閉窗戶的命令。
2）設(shè)備監(jiān)控分機(jī)模塊
該模塊負(fù)責(zé)所分配區(qū)域所有設(shè)備的開關(guān)控制，并且進(jìn)行設(shè)備控制效果監(jiān)控。將房間內(nèi)各個(gè)電器根據(jù)需要劃分為若干個(gè)區(qū)域，使用一臺分機(jī)控制�？刂频膬�(nèi)容主要為照明、空調(diào)、窗戶、窗簾、電視、背景音樂及總電源開關(guān)等。分機(jī)接到命令或條件成立時(shí)，模塊實(shí)施控制動作，并且檢查控制效果。在正常運(yùn)行期間，定時(shí)進(jìn)行設(shè)備故障監(jiān)測，并且隨時(shí)匯報(bào)故障結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行故障記錄。比如上述情況中環(huán)境監(jiān)測模塊發(fā)送打開窗戶的命令時(shí)，相應(yīng)模塊便會打開窗戶，同時(shí)檢查是否成功打開，并且將結(jié)果發(fā)送到控制主機(jī)；如果有故障發(fā)生，則將故障結(jié)果發(fā)送到總線上等待處理，在未處理之前會隔一定時(shí)段再次匯報(bào)。
3）控制主機(jī)模塊
控制主機(jī)模塊為該系統(tǒng)的下位機(jī)的處理中心，它負(fù)責(zé)接收處理所有分機(jī)發(fā)送的信息，與上位機(jī)或電話聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。當(dāng)控制主機(jī)配裝液晶顯示器時(shí)，主人可以方便查看各設(shè)備的工作狀況、故障情況。并且，系統(tǒng)在沒有上位機(jī)的情況下仍能獨(dú)立的完成各項(xiàng)控制工作，從而保證了系統(tǒng)的可靠性及對環(huán)境的適應(yīng)性。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，該模塊要進(jìn)行電話自動撥號報(bào)警。如果PC機(jī)打開的情況下還可以通過互聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、監(jiān)視或監(jiān)聽等。
3. 系統(tǒng)通信方式
1）有線通信方式
該系統(tǒng)通信采用了RS-485總線。由于RS-485總線的可擴(kuò)展性及工程安裝的簡單性、廉價(jià)性等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)連接功能模塊之間的通信，易于擴(kuò)展、維護(hù)升級方便。保證了分機(jī)模塊間的順利通信協(xié)調(diào)工作之后，總線可以通過一個(gè)RS-485轉(zhuǎn)RS-232器件與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。
2）無線通信方式
該系統(tǒng)還采用了無線通信方式。無線數(shù)據(jù)傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片NRF401及其外圍電路構(gòu)成。NRF401采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作效率可達(dá)20kbit/s，且有兩個(gè)頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機(jī)模式。它不用對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，因而很容易用PCB來實(shí)現(xiàn)。采用該無線通信方式可以實(shí)現(xiàn)模塊間通信，還可靈活布置無線探測器及控制器。完全采用無線通信方式可以方便進(jìn)行舊住宅房改造安裝，不會影響裝修并且省去布線的工作和費(fèi)用。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主機(jī)和系統(tǒng)分機(jī)的AVR程序及系統(tǒng)上位機(jī)控制系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序組成。該系統(tǒng)正常工作時(shí)，用戶可以完全不必干預(yù)，也可通過分機(jī)操作接口、上位機(jī)操作系統(tǒng)接口界面控制，或通過Internet及電話方式進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控。
1. 下位機(jī)程序的編制
系統(tǒng)主機(jī)程序主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體通信調(diào)節(jié)控制功能，包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、分機(jī)采集匯報(bào)數(shù)據(jù)的收集處理轉(zhuǎn)發(fā)、緊急電話撥號報(bào)警、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機(jī)控制程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序及接收上位機(jī)控制命令及匯報(bào)數(shù)據(jù)等。程序編制以消息驅(qū)動為主導(dǎo)思想。消息由計(jì)數(shù)器中斷1、外部中斷0和串行中斷產(chǎn)生，在中斷服務(wù)程序中應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位置位，而在消息循環(huán)中則應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位調(diào)用功能函數(shù)，然后由功能函數(shù)將相應(yīng)的狀態(tài)位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環(huán)中。其程序流程如圖5所示。該系統(tǒng)的分機(jī)程序和主機(jī)類似，故此不再詳述。
2. 上位機(jī)操作系統(tǒng)及其與Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問程序的編制
上位機(jī)操作系統(tǒng)程序用C++語言在C++ Builder編譯環(huán)境中編制，系統(tǒng)帶有友好操作界面，可以通過鼠標(biāo)方便的控制及查詢?nèi)魏渭揖釉O(shè)備的工作狀態(tài)等。通過Internet訪問部分通訊程序分為服務(wù)器和客戶端兩個(gè)程序。服務(wù)器程序主要完成客戶端與系統(tǒng)主機(jī)通訊的中轉(zhuǎn)，即將客戶端發(fā)來的控制或者查詢命令翻譯成系統(tǒng)主機(jī)能識別的格式；或者將系統(tǒng)主機(jī)收到的報(bào)警等信息上傳到客戶端，主要通過Internet網(wǎng)絡(luò)完成用戶的控制功能。客戶端程序是運(yùn)行在遠(yuǎn)端用戶的控制界面，主要用于完成家居內(nèi)狀態(tài)的顯示以及對家居內(nèi)電器的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)使客戶端直接連接到服務(wù)器。
四、結(jié)論
本系統(tǒng)是利用8位AVR單片機(jī)Atmega8位處理器開發(fā)，利用RS-485總線實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)合協(xié)作，配合上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，經(jīng)過初期調(diào)試運(yùn)行證明該方案切實(shí)可行。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)初期的各項(xiàng)要求。相信將在信息家電、智能小區(qū)等方面得到廣泛應(yīng)用。
本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。
智能建筑在我國經(jīng)過十多年的發(fā)展，正面臨著前所未有的大好形勢。目前，絕大多數(shù)的智能家居產(chǎn)品尚處在發(fā)展初級階段，系統(tǒng)集成程度低、動作聯(lián)動性差、智能化水平差，甚至由于其功能的不完備，系統(tǒng)操作反而成為一種負(fù)擔(dān)。為了解決這些問題，本文詳細(xì)闡述了筆者親身設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)——分布式智能家居系統(tǒng)。
一、分布式智能家居系統(tǒng)構(gòu)建背景
分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）采用多臺控制分機(jī)分別承擔(dān)不同的控制功能和處理范圍，不僅其處理能力大大提高，而且將危害及系統(tǒng)安全的因素降低。由于智能家居系統(tǒng)具有監(jiān)控點(diǎn)多、控制動作簡單、設(shè)備分布散、系統(tǒng)邏輯關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行需要協(xié)調(diào)大量被監(jiān)控對象之間的關(guān)系，這就需要應(yīng)用一種適合該系統(tǒng)特點(diǎn)要求的控制理論。于是，本設(shè)計(jì)采用工業(yè)上廣為使用的分布式控制系統(tǒng)來構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分級模塊的方式，可以使處理工作分散、協(xié)調(diào)工作統(tǒng)一、控制功能靈活機(jī)動、可靠性高、安裝靈活方便。采用分布式控制技術(shù)，系統(tǒng)分類分區(qū)的監(jiān)控可以分散系統(tǒng)處理器運(yùn)算處理工作，減小誤報(bào)、誤控的發(fā)生。同時(shí)，分散的子系統(tǒng)各自獨(dú)立工作，可以避免系統(tǒng)一處故障全體癱瘓的情形出現(xiàn)。
1. 分布式控制系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀
DCS在智能建筑中的應(yīng)用早已提出，所構(gòu)建系統(tǒng)控制分機(jī)采用可靠性較高的PC機(jī)作為控制分機(jī)及主機(jī)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大、可靠性高。但是，智能家居系統(tǒng)不可能采用多臺PC機(jī)來構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)，這就要求必須有分散的控制處理單元。加之其處理工作繁瑣但不復(fù)雜，故本文采用了處理能力簡單的AVR單片機(jī)為模塊處理器。所構(gòu)建的系統(tǒng)功能適用、性價(jià)比高、功能穩(wěn)定，完全可以達(dá)到要求。
2. 分布式智能家居的構(gòu)建思路
智能家居系統(tǒng)的設(shè)備量大、分布散、需要監(jiān)控的數(shù)量多，以及網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，必將改變目前這種家用電器單機(jī)運(yùn)作的模式。同時(shí)又考慮到家用電器的擺放及使用的靈活性，我們研究并提出了采用分布式控制技術(shù)解決方案。根據(jù)DCS的特點(diǎn)與智能家居系統(tǒng)的功能需要，選用了ATMEL公司生產(chǎn)的8位AVR單片機(jī)——ATmega8。
考慮到同類分機(jī)模塊的功能基本相同，我們設(shè)計(jì)了環(huán)境監(jiān)測分機(jī)模塊、監(jiān)控分機(jī)模塊、控制主機(jī)模塊。最后，據(jù)各子系統(tǒng)不同的功能要求分別編制對應(yīng)程序進(jìn)行現(xiàn)場錄制，從而使各模塊真正具有功能齊全、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)升級方便的特點(diǎn)。家庭內(nèi)各個(gè)被控單元與控制功能模塊連接，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，并且各模塊間建立聯(lián)系，最終通過控制主機(jī)模塊與PC機(jī)及電話等連接。主人可以通過遙控器、網(wǎng)絡(luò)、電話等監(jiān)控家庭安全及住宅環(huán)境狀況，遙控家用電器的運(yùn)行。
二、分布式智能家居控制系統(tǒng)的構(gòu)建
為了綜合利用資源，模塊的設(shè)計(jì)采用了統(tǒng)分結(jié)合的指導(dǎo)思想，實(shí)現(xiàn)家居智能監(jiān)控可以簡化為監(jiān)測處理信息和實(shí)現(xiàn)控制功能。為了滿足家庭內(nèi)所有監(jiān)控功能，根據(jù)需要將所需監(jiān)控對象根據(jù)位置劃分，安裝相應(yīng)的分機(jī)模塊。
1. 系統(tǒng)構(gòu)建總體框架
系統(tǒng)功能根據(jù)監(jiān)控任務(wù)的不同分為三類：環(huán)境狀況監(jiān)測功能；設(shè)備開關(guān)監(jiān)控功能；信息處理及對外通信功能。據(jù)此，將家庭內(nèi)各處設(shè)備分類分區(qū)控制，并且模塊間均具有獨(dú)立的通信及控制功能，可以相互協(xié)作（如圖1所示）。例如，監(jiān)測模塊把所監(jiān)測到的信息發(fā)送到總線上，控制模塊接收并判斷實(shí)現(xiàn)控制功能�？刂浦鳈C(jī)模塊與家用PC及電話互通信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2. 系統(tǒng)構(gòu)建模塊
1）環(huán)境監(jiān)測分機(jī)模塊
設(shè)計(jì)環(huán)境監(jiān)測模塊，主要是因?yàn)榄h(huán)境參數(shù)受周圍電器工作和安裝位置的影響較大。為了防止檢測誤差，單獨(dú)安裝減小干擾作用。該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測住宅內(nèi)外的所有環(huán)境信息，包括溫度、濕度、亮度、煙霧、燃?xì)狻⒃胍�、風(fēng)速、空氣質(zhì)量、有人活動、玻璃破碎等參數(shù)。它還可以將所有的信息進(jìn)行綜合分析，最后將結(jié)果總結(jié)，決定該采取何種控制動作并發(fā)送到總線上，比如環(huán)境監(jiān)測模塊檢測房間內(nèi)的溫度，同時(shí)與總線上傳來的室外溫度及天氣情況進(jìn)行邏輯分析。如果室外溫度舒適而且空氣質(zhì)量好，未有刮風(fēng)下雨等，則該模塊就會發(fā)送打開該房間窗戶的命令。相反，如果天氣突然惡劣時(shí)，會發(fā)出關(guān)閉窗戶的命令。
2）設(shè)備監(jiān)控分機(jī)模塊
該模塊負(fù)責(zé)所分配區(qū)域所有設(shè)備的開關(guān)控制，并且進(jìn)行設(shè)備控制效果監(jiān)控。將房間內(nèi)各個(gè)電器根據(jù)需要劃分為若干個(gè)區(qū)域，使用一臺分機(jī)控制�？刂频膬�(nèi)容主要為照明、空調(diào)、窗戶、窗簾、電視、背景音樂及總電源開關(guān)等。分機(jī)接到命令或條件成立時(shí)，模塊實(shí)施控制動作，并且檢查控制效果。在正常運(yùn)行期間，定時(shí)進(jìn)行設(shè)備故障監(jiān)測，并且隨時(shí)匯報(bào)故障結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行故障記錄。比如上述情況中環(huán)境監(jiān)測模塊發(fā)送打開窗戶的命令時(shí)，相應(yīng)模塊便會打開窗戶，同時(shí)檢查是否成功打開，并且將結(jié)果發(fā)送到控制主機(jī)；如果有故障發(fā)生，則將故障結(jié)果發(fā)送到總線上等待處理，在未處理之前會隔一定時(shí)段再次匯報(bào)。
3）控制主機(jī)模塊
控制主機(jī)模塊為該系統(tǒng)的下位機(jī)的處理中心，它負(fù)責(zé)接收處理所有分機(jī)發(fā)送的信息，與上位機(jī)或電話聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。當(dāng)控制主機(jī)配裝液晶顯示器時(shí)，主人可以方便查看各設(shè)備的工作狀況、故障情況。并且，系統(tǒng)在沒有上位機(jī)的情況下仍能獨(dú)立的完成各項(xiàng)控制工作，從而保證了系統(tǒng)的可靠性及對環(huán)境的適應(yīng)性。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，該模塊要進(jìn)行電話自動撥號報(bào)警。如果PC機(jī)打開的情況下還可以通過互聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、監(jiān)視或監(jiān)聽等。
3. 系統(tǒng)通信方式
1）有線通信方式
該系統(tǒng)通信采用了RS-485總線。由于RS-485總線的可擴(kuò)展性及工程安裝的簡單性、廉價(jià)性等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)連接功能模塊之間的通信，易于擴(kuò)展、維護(hù)升級方便。保證了分機(jī)模塊間的順利通信協(xié)調(diào)工作之后，總線可以通過一個(gè)RS-485轉(zhuǎn)RS-232器件與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。
2）無線通信方式
該系統(tǒng)還采用了無線通信方式。無線數(shù)據(jù)傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片NRF401及其外圍電路構(gòu)成。NRF401采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作效率可達(dá)20kbit/s，且有兩個(gè)頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機(jī)模式。它不用對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，因而很容易用PCB來實(shí)現(xiàn)。采用該無線通信方式可以實(shí)現(xiàn)模塊間通信，還可靈活布置無線探測器及控制器。完全采用無線通信方式可以方便進(jìn)行舊住宅房改造安裝，不會影響裝修并且省去布線的工作和費(fèi)用。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主機(jī)和系統(tǒng)分機(jī)的AVR程序及系統(tǒng)上位機(jī)控制系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序組成。該系統(tǒng)正常工作時(shí)，用戶可以完全不必干預(yù)，也可通過分機(jī)操作接口、上位機(jī)操作系統(tǒng)接口界面控制，或通過Internet及電話方式進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控。
1. 下位機(jī)程序的編制
系統(tǒng)主機(jī)程序主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體通信調(diào)節(jié)控制功能，包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、分機(jī)采集匯報(bào)數(shù)據(jù)的收集處理轉(zhuǎn)發(fā)、緊急電話撥號報(bào)警、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機(jī)控制程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序及接收上位機(jī)控制命令及匯報(bào)數(shù)據(jù)等。程序編制以消息驅(qū)動為主導(dǎo)思想。消息由計(jì)數(shù)器中斷1、外部中斷0和串行中斷產(chǎn)生，在中斷服務(wù)程序中應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位置位，而在消息循環(huán)中則應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位調(diào)用功能函數(shù)，然后由功能函數(shù)將相應(yīng)的狀態(tài)位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環(huán)中。其程序流程如圖5所示。該系統(tǒng)的分機(jī)程序和主機(jī)類似，故此不再詳述。
2. 上位機(jī)操作系統(tǒng)及其與Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問程序的編制
上位機(jī)操作系統(tǒng)程序用C++語言在C++ Builder編譯環(huán)境中編制，系統(tǒng)帶有友好操作界面，可以通過鼠標(biāo)方便的控制及查詢?nèi)魏渭揖釉O(shè)備的工作狀態(tài)等。通過Internet訪問部分通訊程序分為服務(wù)器和客戶端兩個(gè)程序。服務(wù)器程序主要完成客戶端與系統(tǒng)主機(jī)通訊的中轉(zhuǎn)，即將客戶端發(fā)來的控制或者查詢命令翻譯成系統(tǒng)主機(jī)能識別的格式；或者將系統(tǒng)主機(jī)收到的報(bào)警等信息上傳到客戶端，主要通過Internet網(wǎng)絡(luò)完成用戶的控制功能。客戶端程序是運(yùn)行在遠(yuǎn)端用戶的控制界面，主要用于完成家居內(nèi)狀態(tài)的顯示以及對家居內(nèi)電器的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)使客戶端直接連接到服務(wù)器。
四、結(jié)論
本系統(tǒng)是利用8位AVR單片機(jī)Atmega8位處理器開發(fā)，利用RS-485總線實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)合協(xié)作，配合上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，經(jīng)過初期調(diào)試運(yùn)行證明該方案切實(shí)可行。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)初期的各項(xiàng)要求。相信將在信息家電、智能小區(qū)等方面得到廣泛應(yīng)用。
本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。
