基于單片機的智能家居控制系統的設計

呂帥

渤海大學

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基于單片機的智能家居控制系統的設計

呂帥

渤海大學

由于科學技術的不斷發展和進步，人對生活質量提出了越來越高的要求，許多人希望完善以及更新自己的居住環境，所以出現了智能家居系統，保安系統和電氣遠程控制系統組成的智能家居系統，目前通過單片機的方式就可以獲得比較安全和舒適的智能家居環境。本文根據智能家居的發展要求，獲得了最新的智能家居控制方法。

單片機 智能家居 系統設計

因為社會不斷的發展和進步，而且人們的生活水平也在不斷提升，所以人們需要促使生活質量的提升，需要追求個性化以及智能化的家居生活方式。由于人們的居住條件不斷改善，家居環境的追求逐漸體現為人性化以及智能化的追求方式，這個時候就出現了智能家居。智能家居一般有五種系統功能：家居保安系統功能、家居設備控制功能、家居綜合布線功能、家居信息化功能、住宅小區管理系統。智能家居的控制方式也很多：包括本地控制遙控控制以及集中控制。在當前的生活中，智能家具可以根據人們的生活需要，更好的對家具形式進行融合，可以方便地改變人們的生活水平。

1　系統的總體設計

我們對智能家居系統的兩個重要部分進行了研究，包括家具保養系統以及家用電器控制系統。家具板系統可以實現的火災以及有害氣體泄漏的報警，當出現搶劫以及盜竊的時候可以進行自動報警，而且系統可以檢測出報警的火災信號。如果出現的偷盜以及火災的時候可以將這些到底信號發送出去，因為這套系統和電話機的功能是相同的，為了避免出現電話被監聽，當振鈴到一定的次數的時候。才能啟動該系統對家用電器進行控制，而且該系統能夠實現自動模擬，通過接通系統后可以對后續電路進行控制。

接通系統以后，可以通過語音電路進行用戶和系統的交互工作，而且可以進行家用電器的遠程控制，單片機的智能家居系統是在電話線上，如果用戶進行遠程控制電機的時候，可以撥打家中的固定電話。而且系統檢測到振鈴的時候，可以根據語音進行提示操作。系統還需要輸入登錄密碼，當輸入了正確的密碼的時候控制電機可以開或者是關閉，這樣才能自動掛機。如果輸入三次密碼不正確的時，系統就會出現掛機的情況，而且當系統檢測到家中出現火災信號的時候，就會自動地發生火災信號，這個時候用戶和相關部門要采取相關措施，這樣才能更好的避免損失。系統要根據各項功能。需要具備以下的各種模塊。.

（1）振鈴的檢測和計數；

（2）自動摘機、掛機；

（3）登錄密碼的校驗；

（4）雙音頻信號的解碼；

（5）語音電路；

（6）控制電器開關；

（7）家庭安全狀況檢測；

（8）雙音頻信號的編碼.

2　系統功能要求

本文對智能家居系統中的保安系統以及電氣遠程控制系統進行了研究，如果住宅發生火災的時候可以自動報警，當出現入室搶劫的時候也會自動報警，所以系統必須具備能夠識別和判定火災，有害氣體，最終傳遞出報警信號。家用電器控制系統是通過電話進行控制的，這種系統可能會對用戶正常工作有影響。所以系統需要具備振鈴的功能。只有振鈴達到了一定次數才能啟動系統，而且這種系統設計的方法是系統啟動后通過語音解碼電路對家用電器進行控制。筆者設計的單片機控制系統是接在電話線上的整體功能，用戶要使用家用電器遠程控制撥打電話，需要進行振鈴次數檢測。如果次數達到十次的時候就會接通，而且會進行語音密碼提示，這樣才能更好的對家用電器的開關進行控制，重置完成后就可以自動掛機，對家用電器安全狀況進行檢測。如果出現相關的火災或者是信號的時候會自動報警，這樣可能最低限度的降低家中的損失。本系統還需要相關的功能模塊，振鈴檢測和計數、自動摘機掛機、登錄密碼驗證、雙音頻信號解碼、雙音頻信號編碼、語音電路、控制電器開關、家庭安全監測。。

3　系統的硬件構成

智能家居系統的硬件組成主要是人機交換接口，無線數據模塊以及終端核心控制器，其結構框圖如圖1所示。

圖1　結構框圖

3.1人機交互界面

職業生涯規劃是指，對個人的定位和發展相結合的認識剖析，對決定個人今后發展方向問題的認識、分析、總結。確定今后發展的目標與方向，為選擇的事業和工作進行不懈的努力，對每一段時間、每邁出一步都做好準備和策劃，對實現目標的每一步驟都作出合理的安排，已達到最終實現的目標。[3]

人機界面是通過監控和處理各種信息的顯示屏幕，有利于實現操作人員以及操作設備之間的雙向溝通。本設計使用信捷B/TH765系列觸摸屏，該型號的屏幕有幾英寸的顯示屏，而且比較支持BMP，JPEG格式圖片，他還具備比較完善的校準功能模塊，該觸摸屏可以提供比較好的人機交換界面，可以在家庭控制系統中得到很好的應用。

3.2無線模塊

設計使用的無線模塊作為順舟科技的嵌入通信模塊，該模塊使用的zibee無線技術，這種無線技術和工業標準有相通的地方，他有更遠的通訊距離而且具有更強的抗干擾能力，能夠實時的進行數據傳輸。ZigBee技術譯為紫蜂技術，這是一種新型的組網以及應用軟件方面的傳感器網絡，叫做IEEE 802.15.4（ZigBee）技術標準。結構比較簡單而且功耗比較低，而且可以嵌入在各種設備，同時可以進行地理定位，。

3.3控制器

可以進行控制終端設計，單片機作為核心器件，本設計通過單片機和無線接收模塊進行數據傳輸對家用電機進行控制，本設計使用的飛思卡爾MC9S128MAA單片機，這是一種新型的微控制器，這種控制器具有良好的性能，比32位微控制器更強，還有主控CPU，而且擁有全新處理器模塊。該模塊是智能的可以直接編程，而且可以進行通訊以及數據處理，在其它任務時會釋放CPU空間，有利于芯片整體性能的提升。

3.4自適應智能燈光系統的設計

在智能家居系統中，需要對燈光進行控制。舒適的燈光可以為家庭生活帶來比較溫馨的環境，在本次設計中，主要使用脈沖調制技術對燈光進行控制。同時通過光敏電阻對外界光線的感應，會導致電壓變化。通 過 單 片 機可以進行模擬信號的采集，然后通過飛 思 卡MC9S128MAA單片機集成的A/D轉換功能完成數/模轉換，最終通過算法可以完成調制波的輸出。可以對室內燈光進行控制。

4　軟件設計

本軟件設計包括人機界面的軟件設計以及調控制器的軟件設計。系統進入初始化后，首先得進入人機界面，通過自適應搜索可以打開家用電器，通過觸摸屏觸摸可以選擇控制的電器，，通過無線模塊輸出可以對數據進行處理，最終可以控制家用電器并且可以傳回數據，觸摸屏上會出現各種參數。

4.1人機界面軟件設計

（1）Touch Win簡介

Touch Win為TH系列觸摸屏提供理想的平臺。軟件使用中文操作界面以及開發程序，操作功能良好，而且具有簡單易學的開發程序，這是最常用的開發軟件，可以進行觸摸屏開發。

（2）人機界面窗口設計

本次設計有設計的畫面窗口：開機界面，電器搜索界面以及電器控制界面。

4.2控制終端軟件設計

（1）控制器開發環境簡介

控制器使用的環境是飛思卡爾公司研制的CodeWarrior的開發環境，軟件功能比較強大，在該環境下有以下幾個模塊，編譯器構造系統以及調試器，其他模塊可以對軟件的開發進行支持，且這種集成環境是多線程的，可以保存內存中的狀態信息，而且可以提高操作速度，進行自動編譯以及鏈接。

（2）主程序編寫

主程序編寫就是要使用C語言，主要是3個模塊組成的c語言，包括數據采集數據處理及數據反饋模塊，可以通過同步的運行方式，實現采集無線傳輸數據的目標，該模塊主函數中使用AS1_RecvChar（）函數完成對無線傳輸數據的采集。

對光敏電阻構成的電壓采集單片機，本設計使用的單片機集成A/D采集精度為12位，最終可以滿足本軟件的設計需求。

4.3人機界面與控制終端的通信協議

為了更好地完成觸屏以及控制終端，系統會設置各種通信協議，通訊的協議如表所示：

表1　通信協議對照表

5　系統調試及結果分析

5.1硬件電路調試

通過對Max232電路進行檢測，最終可以得到無線數據，通過電腦的窗口就可以顯示數據，需要進行符合要求的測試，而且要對最小的系統進行測試，這樣即使在電阻遮光的情況，可以進行各種電壓測試，這種有光情況下的輸出電壓為三伏，最小的電壓是0.2伏，而且使用的各種脈寬調制技術，調制波可能會隨著電阻的變化而產生明顯的不同，最終是可以滿足設計要求的。

5.2軟件調試

觸摸屏的開發軟件Touch Win具有在線模擬功能，通過對功能的模擬，電路上完全可以實現各種功能，而且可以下載觸摸屏，通過測試后功能就可以滿足設計要求。

5.3結果分析

要對軟件和硬件進行各種測試，需要做好系統的操作工作，通過各種測試結果得到了智能家庭的綜合性能，這種性能是符合設計要求的。

6　結語

本設計對智能家居系統進行了更好的嘗試，通過人機界面以及控制終端就可以進行智能控制，通過各種調試方法和工作，可以更好的對智能電器進行搜索，而且該系統的調節功能是適應性的，所以可以進行多個系統的調節和控制。

［1］林旭東.智能家居系統相關技術及發展趨勢［J］.科技創新導報，2008（7）：6.

［2］ 張鴻愷，伍超.智能家居及其發展研究［J］.黑龍江科技信息，2006（32）：266.