現代家居智能控制系統設計

何 強

（安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 230601）

現代家居智能控制系統設計

何 強

（安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 230601）

本文設計了一種基于電話和單片機的多功能家電遠程控制系統。系統集單片機技術、電話通訊技術、語音技術于一體，主要通過電話來遙控家用電器，根據系統的語音提示，對家用電器（如電飯煲、電風扇、電視、電熱水器）進行遠程開啟、關閉及延時開/關的設定。系統人性化設計、結構簡單、功能靈活多樣，擴展性強且可靠性高。可以廣泛地應用于家用電器以及其他場所的各種控制設備。

單片機；控制系統；智能；繼電器

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展以及人們生活水平的不斷提高，現代家庭中人們對智能化程度高的家用電器要求也越來越高。為此，本文設計開發了一種低成本的多功能家電遠程控制系統。使用戶通過電話可以隨時隨地完成對遠程電器設備的電源開關的控制。例如將空調提前打開、電熱水器提前預熱等。并且在設計中采用了模塊化，將系統分成多個子單元，以提高系統的可靠性以及擴展能力。[1]系統的主要功能有：

1）通過4組繼電器實現遠程控制，可控制大部分家用電器；

2）本地多個LED動態顯示，可隨時觀察延時剩余時間及操作過程；

3）可利用密碼加密以防止他人進入系統；

4）可以設置家用電器的人工及自動控制，即通過開關來控制。

2 系統結構設計

系統采用STM32處理器和UCOSII操作系統實現總體控制功能。通過電話模塊與外界相連通，從而執行來自外部的指令或進行電話主叫報警；利用語音模塊實現外部遠程控制時的語音提示或主叫發出報警語音；通過控制器中的鍵盤與LCD的人機交互界面來設定相關控制受控模塊的接入代號。[2]系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

3 系統硬件電路設計

3.1 電話模塊的設計。該電話模塊電路包括線路振鈴檢測電路，自動摘掛機電路，DTMF編解碼電路和自動語音應答電路等。當使用者打入電話時，電話振鈴檢測電路檢測到有振鈴并等待振鈴次數4次后，由STM32發出自動摘機控制信號，并由語音模塊進行提示輸入操作口令，使用者在話機上的按鍵，通過DTMF解碼電路解碼后的數據送入到STM32處理器，在處理器進行譯碼后執行相應的控制操作密碼。當密碼輸入錯誤3次時系統自動掛機。當密碼正確時，單片機根據返回的確認信息實現對相應的家用電器進行控制。該模塊的設計框圖2所示。

圖2 電話模塊部分結構框圖

3.2 語音模塊接入設計。當使用者打入電話并且電話遠程控制器摘機后，語音模塊會進行相應的語音提示。該模塊采用的語音錄放芯片是ISD4002，其與STM32處理器通過SPI總線相連，由于采用多了電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值可以直接存貯在片內閃存中，因此能夠非常真實的再現語音信息。將需要提示的語音信息按段錄入到芯片后，在STM32的控制下將錄入的信息由音頻輸出端輸出，然后經音頻功率放大器LM386放大后輸送到電話線路上。電路如圖3所示。

圖3 語音模塊接入部分電路

3.3 振鈴檢測電路與自動摘機電路。當電話振鈴時，線路上會產生交流48V的信號，利用電容阻斷其直流部分，只讓30Hz左右的振鈴信號通過，再利用光電耦合導通將CPU某管腳上電位拉低，通過軟件設計使STM32認為檢測到振鈴信號。在STM32處理器連續檢測到4次信號（電話產生四次振鈴）后，STM32處理器控制繼電器閉合，通過自動摘機電路使電話線上接入200Ω的電阻后，交換機即認為電話已摘機。

3.4 人機顯示與繼電器控制電路。使用一片具有串行接口的8位共陰級數碼管的智能顯示驅動芯片HD7279，直接驅動4位LED，來動態顯示4個繼電器的工作狀態。然后利用繼電器的常開觸點來控制電器的開與關。人機顯示部分電路如圖4所示。

圖4 人機顯示電路

4 總線通信協議制定

為保證處理器與各控制模塊以及傳感器之間更加有效的進行通信，在采用RS485總線的基礎上還增強了通信協議來保證數據傳輸時的高效可靠。該協議主要有命令下發與應答兩部分構成。[3]

下發格式：指令頭（F4F5）+從設備號（01～FFH）+指令代碼（01～80H）+指令數據長度（01～FFH）+指令代碼與數據和（取最低位字節）+指令尾（F4FB）。

圖5 幀頭與指令碼指收程序流程圖和數據長度與數據接收程序流程圖

應答格式：指令頭+主設備號（AAH）+從設備號+應答的指令代碼+應答數據信息+指令代碼與數據和+指令尾。其中格式括號中的數據為指令的代碼。

因通信協議在編程時需要判斷眾多的標志，所以程序編寫時相對復雜，可先繪制流程圖再進行編程。如圖5所示分別為幀頭與指令碼指收程序流程圖和數據長度與數據接收程序流程圖。

5 結語

這種基于電話和單片機的現代家居智能控制系統作為一項提高人們生活品質和節能可靠的產品，已逐漸進入百姓家庭。系統集單片機、電話通訊、語音技術于一體，主要通過電話來遙控家用電器，對于不需要上網或不具備上網條件的家庭來講意義重大，它將成為未來物聯網技術的一個重要的補充，其發展前景也會隨著物聯網技術的普及將被大多數人所接受。

[1]周結華，彭俠夫.基于公共電話網絡實現智能家居的研究[J].現代電子技術，2009，（4）：56-58.

[2]孫曉松，張俊武，曹雪瑞.基于DTMF技術的智能住宅安防系統[J].四川理工學院學報，2007，（3）：95-97.

[3]唐培林．現場總線技術應用[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

THE DESIGN OF INTELLIGENT MODERN HOME CONTROL SYSTEM

HE Qiang
（Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power，Hefei Anhui 230601）

This paper designs a multi-functional household appliance control system based on telephone and singlechip.The system integrates three technologies into one，which are the telephone communication，the singlechip and the voice.Through the remote control of telephone on household appliances--voice prompt of the system，it defines the quality of distant open and close with timedelay adavantage on such household appliances as rice cookers，electric fans，television，and electric water heaters.Noted for human design，various function，simple structure，good scalability and high reliability，this system can be widely used in home applicances and different control devices in other fields.

singlechip；control system；intelligence；relay

TP273

A

1672－2868（2010）06－0067－03

2010－08-24

何強（1978-），男，安徽懷寧人。安徽水利水電職業技術學院講師，研究方向：控制工程。

責任編輯：宏 彬