摘要:智能家居的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器等的智能控制,使其能夠按照人們的設(shè)定工作運(yùn)行,而不論距離的遠(yuǎn)近。目前,已經(jīng)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個(gè)人開始了對(duì)智能家居的研究。舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志,智能家居系統(tǒng)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(jiǎn)便而時(shí)尚的現(xiàn)代生活。
關(guān)鍵詞:智能家居 控制 設(shè)計(jì)
1 智能家居控制系統(tǒng)功能
智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范三個(gè)方面。
1.1 家庭通信
1.1.1 電話線路:通過電話線路實(shí)現(xiàn)雙向傳輸語音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
1.1.2 計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng):通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互、綜合信息查詢、網(wǎng)上教育、醫(yī)療保健、電子郵件、電子購(gòu)物等。
1.1.3 CATV線路:通過CATV線路實(shí)現(xiàn)VOD點(diǎn)播和多媒體通信。
1.1.4 無線局域網(wǎng):通過無線收發(fā)器、天線、各種無線終端,實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。
1.2 家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控
1.2.1 家用電器的監(jiān)視和控制 按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對(duì)熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。
1.2.2 熱能表、燃?xì)獗怼⑺�、電度表的�?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序,通過傳感器對(duì)熱能表、燃?xì)獗怼⑺�、電度表的用量進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、計(jì)量,并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。
1.2.3 空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制 按照預(yù)先所設(shè)定的程序,根據(jù)時(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。
1.3 家庭安全防范
1.3.1 防火災(zāi)發(fā)生 通過設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器,監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
1.3.2 防可燃?xì)怏w泄漏 通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器,監(jiān)視燃?xì)夤艿�、灶具有無燃?xì)庑孤�。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)通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
1.3.3 防盜報(bào)警 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)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān),在對(duì)外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測(cè)器。
2 智能家居中的總線技術(shù)
要實(shí)現(xiàn)家居的智能化,就必須實(shí)現(xiàn)家居的網(wǎng)絡(luò)化,使家居內(nèi)的大部分電器設(shè)備能夠通過一定的方式連入網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制。家居電器的上網(wǎng)實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)最后接入的1公里之內(nèi)的問題,此類問題要求網(wǎng)絡(luò)可靠性高、信心量少,多個(gè)設(shè)備之間的互操作性強(qiáng)。就智能家居而言,如何把結(jié)構(gòu)和性能不一的電器設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò),如何能夠?qū)崿F(xiàn)這些設(shè)備的相互通信是在構(gòu)建智能家居時(shí)主要考慮的問題,所以說,智能家居的關(guān)鍵技術(shù)其實(shí)就是網(wǎng)關(guān)技術(shù)和總線技術(shù)。文章主要討論的是其中的總線技術(shù)。總線技術(shù)在智能家居行業(yè)當(dāng)中,目前可以算是應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)手段。在總線技術(shù)下生成的智能家居系統(tǒng),最大的特點(diǎn)是具有可擴(kuò)展性,工程安裝也不是很復(fù)雜。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,新生成許多總線協(xié)議下的智能家居系統(tǒng)的價(jià)格也不是很高,目前市場(chǎng)的銷售情況也很不錯(cuò)。智能家居中的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)總線來實(shí)現(xiàn)家居燈光、電器及報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)以及信號(hào)傳輸,采用分散型現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù),控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)總線類產(chǎn)品都支持任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布線方式,即支持星型與環(huán)狀結(jié)構(gòu)走線方式。燈光回路、插座回路等強(qiáng)電的布線與傳統(tǒng)的布線方式完全一致�！耙粺舳嗫亍�,在家庭應(yīng)用比較普遍,以往一般采用“雙聯(lián)”、“四聯(lián)”開關(guān)來實(shí)現(xiàn),走線復(fù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù),其產(chǎn)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(shè)計(jì)
3.1 語言提示電路 ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù),每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)E2PROM單元中,不需另加A/D或D/A變換來存儲(chǔ)和重放,能夠非常自然、真實(shí)地再現(xiàn)語音,音樂,音調(diào)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(guó)內(nèi)外較為理想的語音芯片,在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。語音芯片音質(zhì)的優(yōu)劣、功能的強(qiáng)弱決定了報(bào)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(biāo)準(zhǔn)接口,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì),RS代表推薦標(biāo)準(zhǔn),232是標(biāo)識(shí)號(hào),C代表RS232的最新一次修改。目前在PC機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。具有獨(dú)特的±15KV人體靜電保護(hù)措施,兼容5V邏輯輸入,內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口,最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250 kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是,在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下,可以靈活的進(jìn)行電源管理,即當(dāng)FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14腳)為高電平時(shí),Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運(yùn)行模式下,約30秒事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測(cè)到有效信號(hào),將自動(dòng)進(jìn)入Powerdown模式,此時(shí)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(shí),如果檢測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入,該芯片自動(dòng)被激活,轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。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(shí)間小于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時(shí)間大于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為低電平。
3.3 紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì) 所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數(shù)據(jù)對(duì)38kHz～40kHz的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。如果直接對(duì)已調(diào)波進(jìn)行測(cè)量,而其脈寬只有20多微秒,由于單片機(jī)的指令周期是微秒級(jí),會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。因此,先要對(duì)已調(diào)波進(jìn)行解調(diào),對(duì)解調(diào)后的波形進(jìn)行測(cè)量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調(diào)出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機(jī)的INT0和T0腳,定時(shí)器T0和T1都初始化為定時(shí)工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時(shí),記錄T0、T1的計(jì)數(shù)值,然后將T0、T1的計(jì)數(shù)值清零,并重新啟動(dòng)定時(shí)。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(hào)脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系并且存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。
4 結(jié)語
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,智能家居技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注,是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的重點(diǎn)之一,而利用總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能家居又是智能家居技術(shù)發(fā)展的重要方向。而智能家居也不再是一幢被動(dòng)的建筑,已經(jīng)成了幫助主人盡量利用時(shí)間的工具,使家庭更為舒適、安全、高效和節(jié)能。
關(guān)鍵詞:智能家居 控制 設(shè)計(jì)
1 智能家居控制系統(tǒng)功能
智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范三個(gè)方面。
1.1 家庭通信
1.1.1 電話線路:通過電話線路實(shí)現(xiàn)雙向傳輸語音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
1.1.2 計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng):通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互、綜合信息查詢、網(wǎng)上教育、醫(yī)療保健、電子郵件、電子購(gòu)物等。
1.1.3 CATV線路:通過CATV線路實(shí)現(xiàn)VOD點(diǎn)播和多媒體通信。
1.1.4 無線局域網(wǎng):通過無線收發(fā)器、天線、各種無線終端,實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。
1.2 家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控
1.2.1 家用電器的監(jiān)視和控制 按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對(duì)熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。
1.2.2 熱能表、燃?xì)獗怼⑺�、電度表的�?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序,通過傳感器對(duì)熱能表、燃?xì)獗怼⑺�、電度表的用量進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、計(jì)量,并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。
1.2.3 空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制 按照預(yù)先所設(shè)定的程序,根據(jù)時(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。
1.3 家庭安全防范
1.3.1 防火災(zāi)發(fā)生 通過設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器,監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
1.3.2 防可燃?xì)怏w泄漏 通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器,監(jiān)視燃?xì)夤艿�、灶具有無燃?xì)庑孤�。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)通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
1.3.3 防盜報(bào)警 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)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān),在對(duì)外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測(cè)器。
2 智能家居中的總線技術(shù)
要實(shí)現(xiàn)家居的智能化,就必須實(shí)現(xiàn)家居的網(wǎng)絡(luò)化,使家居內(nèi)的大部分電器設(shè)備能夠通過一定的方式連入網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制。家居電器的上網(wǎng)實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)最后接入的1公里之內(nèi)的問題,此類問題要求網(wǎng)絡(luò)可靠性高、信心量少,多個(gè)設(shè)備之間的互操作性強(qiáng)。就智能家居而言,如何把結(jié)構(gòu)和性能不一的電器設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò),如何能夠?qū)崿F(xiàn)這些設(shè)備的相互通信是在構(gòu)建智能家居時(shí)主要考慮的問題,所以說,智能家居的關(guān)鍵技術(shù)其實(shí)就是網(wǎng)關(guān)技術(shù)和總線技術(shù)。文章主要討論的是其中的總線技術(shù)。總線技術(shù)在智能家居行業(yè)當(dāng)中,目前可以算是應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)手段。在總線技術(shù)下生成的智能家居系統(tǒng),最大的特點(diǎn)是具有可擴(kuò)展性,工程安裝也不是很復(fù)雜。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,新生成許多總線協(xié)議下的智能家居系統(tǒng)的價(jià)格也不是很高,目前市場(chǎng)的銷售情況也很不錯(cuò)。智能家居中的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)總線來實(shí)現(xiàn)家居燈光、電器及報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)以及信號(hào)傳輸,采用分散型現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù),控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)總線類產(chǎn)品都支持任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布線方式,即支持星型與環(huán)狀結(jié)構(gòu)走線方式。燈光回路、插座回路等強(qiáng)電的布線與傳統(tǒng)的布線方式完全一致�！耙粺舳嗫亍�,在家庭應(yīng)用比較普遍,以往一般采用“雙聯(lián)”、“四聯(lián)”開關(guān)來實(shí)現(xiàn),走線復(fù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù),其產(chǎn)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(shè)計(jì)
3.1 語言提示電路 ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù),每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)E2PROM單元中,不需另加A/D或D/A變換來存儲(chǔ)和重放,能夠非常自然、真實(shí)地再現(xiàn)語音,音樂,音調(diào)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(guó)內(nèi)外較為理想的語音芯片,在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。語音芯片音質(zhì)的優(yōu)劣、功能的強(qiáng)弱決定了報(bào)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(biāo)準(zhǔn)接口,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì),RS代表推薦標(biāo)準(zhǔn),232是標(biāo)識(shí)號(hào),C代表RS232的最新一次修改。目前在PC機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。具有獨(dú)特的±15KV人體靜電保護(hù)措施,兼容5V邏輯輸入,內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口,最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250 kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是,在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下,可以靈活的進(jìn)行電源管理,即當(dāng)FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14腳)為高電平時(shí),Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運(yùn)行模式下,約30秒事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測(cè)到有效信號(hào),將自動(dòng)進(jìn)入Powerdown模式,此時(shí)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(shí),如果檢測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入,該芯片自動(dòng)被激活,轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。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(shí)間小于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時(shí)間大于30uS,則/INVALID(15腳)引腳為低電平。
3.3 紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì) 所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數(shù)據(jù)對(duì)38kHz～40kHz的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。如果直接對(duì)已調(diào)波進(jìn)行測(cè)量,而其脈寬只有20多微秒,由于單片機(jī)的指令周期是微秒級(jí),會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。因此,先要對(duì)已調(diào)波進(jìn)行解調(diào),對(duì)解調(diào)后的波形進(jìn)行測(cè)量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調(diào)出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機(jī)的INT0和T0腳,定時(shí)器T0和T1都初始化為定時(shí)工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時(shí),記錄T0、T1的計(jì)數(shù)值,然后將T0、T1的計(jì)數(shù)值清零,并重新啟動(dòng)定時(shí)。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(hào)脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系并且存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。
4 結(jié)語
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,智能家居技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注,是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的重點(diǎn)之一,而利用總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能家居又是智能家居技術(shù)發(fā)展的重要方向。而智能家居也不再是一幢被動(dòng)的建筑,已經(jīng)成了幫助主人盡量利用時(shí)間的工具,使家庭更為舒適、安全、高效和節(jié)能。
