倪非　　劉曉菲

【摘 要】本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)利用DTMF信號和Zigbee通信技術(shù)完成控制信息的傳遞，實現(xiàn)對部分家具的控制。本系統(tǒng)在Android系統(tǒng)和Wince系統(tǒng)上開發(fā)可視化的用戶操作界面。在功能上，實現(xiàn)了對開關(guān)燈、可調(diào)燈、窗簾和電視的控制；控制方式上，室內(nèi)使用Wince系統(tǒng)上開發(fā)的控制平臺實現(xiàn)控制，室外使用Android智能手機發(fā)送DTMF信號實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。經(jīng)測試，系統(tǒng)能夠正確的完成對家居的控制。研究結(jié)果具有一定的理論意義和實用價值。

【關(guān)鍵詞】智能家居 DTMF Zigbee Android

智能家居是現(xiàn)代電子技術(shù)、自動化技術(shù)及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能夠自動控制和管理家電設(shè)備，對家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報警，并且能夠為住戶提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。現(xiàn)在的智能家居系統(tǒng)主要包括智能化的照明、開關(guān)、門鎖、窗簾、家電、消防、報警、視頻點播等功能，使用戶的控制更加便捷高效，為家庭節(jié)約不必要的能耗?，F(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的開發(fā)模式大多是基于互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行開發(fā)，包括服務(wù)器、家庭網(wǎng)關(guān)、控制器等設(shè)備，系統(tǒng)的設(shè)備較多，復(fù)雜度較高，成本也就相對較大。而本文設(shè)計的基于GSM電話網(wǎng)絡(luò)來開發(fā)的智能家居系統(tǒng)，通過發(fā)送DTMF信號實現(xiàn)控制信號的傳遞，省去了服務(wù)器和家庭網(wǎng)關(guān)這些復(fù)雜的設(shè)備，同時，系統(tǒng)的可靠度和安全性也有一定的保障。

一、系統(tǒng)方案和總體設(shè)計

本文設(shè)計并實現(xiàn)一套智能家居的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以GSM通信技術(shù)為基礎(chǔ)，上位機軟件用Android平臺進(jìn)行開發(fā)，選用內(nèi)部嵌入的SQLite作為開發(fā)數(shù)據(jù)庫；使用飛凌嵌入式的OK6410開發(fā)板作為嵌入式的家庭控制平臺，使用WINCE操作系統(tǒng)開發(fā)控制模塊；使用STC89C52單片機和其他硬件芯片開發(fā)DTMF解析模塊和執(zhí)行模塊。

該系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)對電視、可調(diào)燈、開關(guān)燈以及窗簾的控制。在室外用戶通過Android智能手機（客戶機）發(fā)送控制命令，該控制命令是以DTMF信號的形式在GSM電話網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸?shù)?；服?wù)機接收到控制命令后，將命令以音頻的形式發(fā)送到DTMF解碼電路；DTMF解碼電路完成信號的解碼后，將結(jié)果傳到上位機；上位機接收到解碼后的結(jié)果后，通過zigbee向執(zhí)行裝置發(fā)送控制命令，實現(xiàn)對家具的控制。在室內(nèi)，用戶可以直接通過上位機的控制平臺向執(zhí)行裝置發(fā)送控制命令。執(zhí)行裝置接收到控制命令后，驅(qū)動相應(yīng)的裝置完成對具體家具的控制?；究驁D如圖1所示。

圖1系統(tǒng)的基本框圖

二、手機客戶端軟件設(shè)計

智能家居系統(tǒng)的手機客戶端軟件分別為手機發(fā)送端軟件和手機接收端軟件。

手機發(fā)送端軟件主要實現(xiàn)控制命令的正確發(fā)送。軟件的登錄方式采用九宮格解鎖方式，用戶初次登錄時需設(shè)置九宮格密碼，之后登錄通過劃屏方式匹配密碼進(jìn)入系統(tǒng)，然后通過撥號控制按鈕撥通接收端手機的號碼。手機接通后進(jìn)入控制界面，用戶就可以通過按不同的提示按鈕發(fā)送相對應(yīng)的DTMF信號，如：控制電燈開關(guān)的按鈕、可調(diào)燈的按鈕、電視開關(guān)的按鈕和窗簾打開閉合的按鈕。當(dāng)用戶對家庭中的設(shè)備控制完成后，用戶可以點擊掛斷按鈕，通話結(jié)束。

手機接收端軟件的主要功能是實現(xiàn)對發(fā)送端手機發(fā)送的DTMF信號的正確接收。通過對數(shù)據(jù)庫中自動接通名單查詢匹配，當(dāng)打入的號碼在數(shù)據(jù)庫自動接聽名單表AUTOANSWER里存在時，軟件自動接聽該號碼，并將接收到的DTMF信號通過手機的耳機線傳入到硬件檢測電路中。同時，軟件可實現(xiàn)自動掛斷功能，當(dāng)用戶想要屏蔽掉一些騷擾或者非法企圖的號碼時，選擇自動掛斷復(fù)選框，軟件就會自動掛斷數(shù)據(jù)庫表HANGUO中的號碼。

三、解析模塊的硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)解析模塊的功能主要是完成對接收端手機傳入的DTMF信號音所播放相應(yīng)聲音的解析，然后將解析結(jié)果發(fā)送到控制平臺從而實現(xiàn)對設(shè)備的控制。

系統(tǒng)首先實現(xiàn)的是信號的聲電轉(zhuǎn)換，按鍵撥號音經(jīng)過麥克風(fēng)采集轉(zhuǎn)換后便是DTMF信號。該信號由于受到環(huán)境中的各種噪聲的干擾以及麥克風(fēng)本身聲電轉(zhuǎn)換性能的影響而很微弱，所以在信號輸入到MT8880之前需將麥克風(fēng)采集的音頻信號進(jìn)行放大。本系統(tǒng)選用LM386來設(shè)計音頻信號放大模塊，LM386是專用的音頻放大芯片，其放大增益最大可以達(dá)到200倍，并且其外圍電路比較簡單。經(jīng)LM386放大后的信號便可以作為MT8880的輸入信號。MT8880是專用的雙音頻信號編解碼芯片，本系統(tǒng)主要是應(yīng)用該芯片的譯碼功能。輸入MT8880的音頻信號首先經(jīng)過一級放大電路放大后，進(jìn)入帶通濾波電路，經(jīng)濾波電路濾波后DTMF信號分別為兩個正弦信號，分別對應(yīng)著某按鍵的行頻和列頻。MT8880通過對該信號的行頻和列頻進(jìn)行分析計算，從而判斷初該信號所代表的DTMF信號編碼。經(jīng)MT8880解碼后的結(jié)果再送入到STC89C52單片機進(jìn)行處理。單片機將處理后的結(jié)果經(jīng)串口送到嵌入式平臺實現(xiàn)控制命令的傳輸。

四、結(jié)語

隨著科技水平和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平也逐漸提高，對家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。本文設(shè)計的基于DTMF信號的智能家居系統(tǒng)的和現(xiàn)在比較流行的智能家居系統(tǒng)的開發(fā)模式對比，最大的創(chuàng)新點就是不需要Internet的支持而實現(xiàn)控制信號的傳輸。本系統(tǒng)不需要開發(fā)自己的服務(wù)器和家庭網(wǎng)關(guān)等復(fù)雜設(shè)備，從而大大減少了系統(tǒng)的開發(fā)成本和復(fù)雜度。所以，本研究結(jié)果具有一定的實用價值和廣闊的發(fā)展前景。

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作者簡介：

倪非（1992.02-），陜西省西安市，碩士研究生，專業(yè)：信息與通信工程。

劉曉菲（1990.08-），陜西省西安市，碩士研究生，專業(yè)：交通信息工程與控制。