何 強(qiáng)

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

現(xiàn)代家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何 強(qiáng)

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

本文設(shè)計(jì)了一種基于電話和單片機(jī)的多功能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集單片機(jī)技術(shù)、電話通訊技術(shù)、語(yǔ)音技術(shù)于一體，主要通過(guò)電話來(lái)遙控家用電器，根據(jù)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示，對(duì)家用電器（如電飯煲、電風(fēng)扇、電視、電熱水器）進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)啟、關(guān)閉及延時(shí)開(kāi)/關(guān)的設(shè)定。系統(tǒng)人性化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能靈活多樣，擴(kuò)展性強(qiáng)且可靠性高?？梢詮V泛地應(yīng)用于家用電器以及其他場(chǎng)所的各種控制設(shè)備。

單片機(jī)；控制系統(tǒng)；智能；繼電器

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)代家庭中人們對(duì)智能化程度高的家用電器要求也越來(lái)越高。為此，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種低成本的多功能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。使用戶通過(guò)電話可以隨時(shí)隨地完成對(duì)遠(yuǎn)程電器設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)的控制。例如將空調(diào)提前打開(kāi)、電熱水器提前預(yù)熱等。并且在設(shè)計(jì)中采用了模塊化，將系統(tǒng)分成多個(gè)子單元，以提高系統(tǒng)的可靠性以及擴(kuò)展能力。[1]系統(tǒng)的主要功能有：

1）通過(guò)4組繼電器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可控制大部分家用電器；

2）本地多個(gè)LED動(dòng)態(tài)顯示，可隨時(shí)觀察延時(shí)剩余時(shí)間及操作過(guò)程；

3）可利用密碼加密以防止他人進(jìn)入系統(tǒng)；

4）可以設(shè)置家用電器的人工及自動(dòng)控制，即通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用STM32處理器和UCOSII操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總體控制功能。通過(guò)電話模塊與外界相連通，從而執(zhí)行來(lái)自外部的指令或進(jìn)行電話主叫報(bào)警；利用語(yǔ)音模塊實(shí)現(xiàn)外部遠(yuǎn)程控制時(shí)的語(yǔ)音提示或主叫發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音；通過(guò)控制器中的鍵盤(pán)與LCD的人機(jī)交互界面來(lái)設(shè)定相關(guān)控制受控模塊的接入代號(hào)。[2]系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 電話模塊的設(shè)計(jì)。該電話模塊電路包括線路振鈴檢測(cè)電路，自動(dòng)摘掛機(jī)電路，DTMF編解碼電路和自動(dòng)語(yǔ)音應(yīng)答電路等。當(dāng)使用者打入電話時(shí)，電話振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)到有振鈴并等待振鈴次數(shù)4次后，由STM32發(fā)出自動(dòng)摘機(jī)控制信號(hào)，并由語(yǔ)音模塊進(jìn)行提示輸入操作口令，使用者在話機(jī)上的按鍵，通過(guò)DTMF解碼電路解碼后的數(shù)據(jù)送入到STM32處理器，在處理器進(jìn)行譯碼后執(zhí)行相應(yīng)的控制操作密碼。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤3次時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī)。當(dāng)密碼正確時(shí)，單片機(jī)根據(jù)返回的確認(rèn)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的家用電器進(jìn)行控制。該模塊的設(shè)計(jì)框圖2所示。

圖2 電話模塊部分結(jié)構(gòu)框圖

3.2 語(yǔ)音模塊接入設(shè)計(jì)。當(dāng)使用者打入電話并且電話遠(yuǎn)程控制器摘機(jī)后，語(yǔ)音模塊會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的語(yǔ)音提示。該模塊采用的語(yǔ)音錄放芯片是ISD4002，其與STM32處理器通過(guò)SPI總線相連，由于采用多了電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值可以直接存貯在片內(nèi)閃存中，因此能夠非常真實(shí)的再現(xiàn)語(yǔ)音信息。將需要提示的語(yǔ)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(jīng)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(yǔ)音模塊接入部分電路

3.3 振鈴檢測(cè)電路與自動(dòng)摘機(jī)電路。當(dāng)電話振鈴時(shí)，線路上會(huì)產(chǎn)生交流48V的信號(hào)，利用電容阻斷其直流部分，只讓30Hz左右的振鈴信號(hào)通過(guò)，再利用光電耦合導(dǎo)通將CPU某管腳上電位拉低，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)使STM32認(rèn)為檢測(cè)到振鈴信號(hào)。在STM32處理器連續(xù)檢測(cè)到4次信號(hào)（電話產(chǎn)生四次振鈴）后，STM32處理器控制繼電器閉合，通過(guò)自動(dòng)摘機(jī)電路使電話線上接入200Ω的電阻后，交換機(jī)即認(rèn)為電話已摘機(jī)。

3.4 人機(jī)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(jí)數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片HD7279，直接驅(qū)動(dòng)4位LED，來(lái)動(dòng)態(tài)顯示4個(gè)繼電器的工作狀態(tài)。然后利用繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)控制電器的開(kāi)與關(guān)。人機(jī)顯示部分電路如圖4所示。

圖4 人機(jī)顯示電路

4 總線通信協(xié)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(jìn)行通信，在采用RS485總線的基礎(chǔ)上還增強(qiáng)了通信協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的高效可靠。該協(xié)議主要有命令下發(fā)與應(yīng)答兩部分構(gòu)成。[3]

下發(fā)格式：指令頭（F4F5）+從設(shè)備號(hào)（01～FFH）+指令代碼（01～80H）+指令數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（01～FFH）+指令代碼與數(shù)據(jù)和（取最低位字節(jié)）+指令尾（F4FB）。

圖5 幀頭與指令碼指收程序流程圖和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)接收程序流程圖

應(yīng)答格式：指令頭+主設(shè)備號(hào)（AAH）+從設(shè)備號(hào)+應(yīng)答的指令代碼+應(yīng)答數(shù)據(jù)信息+指令代碼與數(shù)據(jù)和+指令尾。其中格式括號(hào)中的數(shù)據(jù)為指令的代碼。

因通信協(xié)議在編程時(shí)需要判斷眾多的標(biāo)志，所以程序編寫(xiě)時(shí)相對(duì)復(fù)雜，可先繪制流程圖再進(jìn)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(shù)據(jù)長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)接收程序流程圖。

5 結(jié)語(yǔ)

這種基于電話和單片機(jī)的現(xiàn)代家居智能控制系統(tǒng)作為一項(xiàng)提高人們生活品質(zhì)和節(jié)能可靠的產(chǎn)品，已逐漸進(jìn)入百姓家庭。系統(tǒng)集單片機(jī)、電話通訊、語(yǔ)音技術(shù)于一體，主要通過(guò)電話來(lái)遙控家用電器，對(duì)于不需要上網(wǎng)或不具備上網(wǎng)條件的家庭來(lái)講意義重大，它將成為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)重要的補(bǔ)充，其發(fā)展前景也會(huì)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及將被大多數(shù)人所接受。

[1]周結(jié)華，彭俠夫.基于公共電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，（4）：56-58.

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

[3]唐培林．現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)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(qiáng)（1978-），男，安徽懷寧人。安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：控制工程。

責(zé)任編輯：宏 彬