基于公話網的智能家居系統(tǒng)設計方案

摘 要：分析了智能家居的相關技術現(xiàn)狀，提出了一種基于公共交換電話網的智能家居系統(tǒng)的總體方案，闡述了該系統(tǒng)的工作原理及軟硬件的設計方法與過程。 該系統(tǒng)利用計算機和紅外遙控等技術實現(xiàn)了一個智能化的窗簾機構，采用雙音多頻信號進行信息的傳輸，實現(xiàn)了家居的安全防護和家電的遠程控制。 經過調試與檢測證明，該系統(tǒng)具有性能可靠、功能豐富、易于使用等特點，具有廣泛的實用價值。

近年來，計算機技術的不斷發(fā)展和信息化程度的不斷提高，為智能家居系統(tǒng)的研究與開發(fā)提供了堅實的技術平臺。 通常把智能家居定義為一個整體，即利用先進的計算機技術、網絡技術，以及綜合布線技術，通過家庭信息管理平臺，將與家居生活相關的各個部分有機結合成一個特殊的集成系統(tǒng)。 伴隨著智能家居功能的不斷細化，其概念逐步得到延伸，更多地考慮到了居民對住宅環(huán)境性能的全方位要求。 因此，現(xiàn)階段的智能家居系統(tǒng)已從原先以智能化為重心的產品，轉變?yōu)橐粋€具備以下條件的集成系統(tǒng)：首先，要在家居中建立一個通訊網絡，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網絡操作系統(tǒng)的控制下，通過相應的硬件和執(zhí)行機構，實現(xiàn)對所有家電和設備的控制與監(jiān)測;其次，所有家電和設備都要通過一定的媒介平臺，構成與外界的通訊通道，以實現(xiàn)與外部世界的信息交流，滿足遠程控制、監(jiān)測和交換信息的需求;最后，要滿足人們對家居安全、舒適、方便、高效和環(huán)境保護的需求。

智能家居系統(tǒng)的控制命令與信息的傳輸可以通過2種途徑實現(xiàn)：無線傳輸方式和有線傳輸方式。 隨著經濟實力的日益增長，高速、可靠的公共電話網絡( PSTN)已經覆蓋了絕大多數(shù)的地區(qū)和家庭，有線電話線上的雙音多頻(DTMF)信號除了用于建立通話連接外，也可廣泛應用于數(shù)據通信，且具有較強的抗干擾能力，所以利用公話網絡實現(xiàn)家居設施的控制在技術上是完全可行的。 與采用無線通信方式相比，采用公話網不需進行專門的布線，也不占用無線電頻率資源，基本上沒有電磁污染，也無需大量的額外投資;而與采用有線IP網絡( Internet)的通信方式相比，采用公話網的通信方式則具有更高的安全性和實時性。 因此，基于公用電話網絡的智能家居方案在技術的可行性和成本的經濟性等方面具有一定的優(yōu)勢，研究開發(fā)一種基于公話網的智能家居系統(tǒng)具有較大的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)的總體研究

1. 1 系統(tǒng)的功能需求

家居系統(tǒng)的功能需求主要包括舒適宜人的家庭生活空間、家居的安全防護(以下簡稱安防) 、家用電器的遠程監(jiān)控等內容，因此，基于公話網的智能家居系統(tǒng)可以設置以下功能：

1) 窗簾的智能化控制，包括遙控器控制， 定時開合控制， 光控、雨控等人性化的自動控制等。

2) 家居的安全監(jiān)控與報警，主要包括燃氣(煤氣、天然氣、液化器)泄漏監(jiān)控， 窗幕探測器監(jiān)控， 門磁偶合監(jiān)控。

3) 家用電器的遠程控制。 在遠端撥入住宅電話號碼，延時若干秒后系統(tǒng)自動接通，用戶首先輸入密碼，然后再輸入操作指令，即可對家用電器設備進行遠程控制。 操作過程中將給出必要的語音提示。

1. 2 系統(tǒng)的總體方案

根據系統(tǒng)的功能設置，結合計算機技術、自動控制技術和通信技術的特點與要求，可將整個系統(tǒng)劃分為環(huán)境與安防檢測、控制，以及設備驅動等三大部分。 環(huán)境與安防檢測部分由光照、雨水、燃氣檢測器及窗幕、門磁探測器等傳感檢測器組成。 控制部分主要由主控模塊(也稱主控板)和安防報警與家電控制模塊(也稱報警與控制板)構成，其中主控板負責智能窗簾的控制和安防報警信號的采集。 報警與控制板完成自動電話撥號、報警、提示語音的錄放，以及電話號碼和家電控制操作碼(密碼與指令碼)的存儲、查詢與修改。 系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的整體結構

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)力求使用性價比高的電路芯片實現(xiàn)各項功能，經過技術分析，主控板和報警與控制板均以MCU (微控制器) 為核心，采用Atmel 公司的AT89S52單片機。 這種單片機是一種低功耗、高性能的8位微控制器，內嵌8K可編程Flash 存儲器，屬于MCS單片機產品系列，已為眾多嵌入式系統(tǒng)所選用。 窗簾遙控器的MCU則采用該系列中貼片式MCS89C2051 單片機，以滿足體積與功耗的要求。