中國(guó)人民解放軍陸軍炮兵防空兵學(xué)院 岳志軍 米天峰

引言

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活不斷朝著智能化、信息化方向發(fā)展，為滿足人們對(duì)家居環(huán)境的需求，遠(yuǎn)程家居自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)并得到了極大的發(fā)展。這一系統(tǒng)主要是對(duì)家居環(huán)境中各種參數(shù)以及各種相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督和控制，為住戶提供各種智能化的保護(hù)措施以及對(duì)各類基本家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，這一系統(tǒng)的使用在一定程度上解放了現(xiàn)代社會(huì)中工作學(xué)習(xí)繁忙的人們，為居家生活提供了極大的便利。

1.遠(yuǎn)程家居自動(dòng)控制的基本原理

遠(yuǎn)程家居自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心為中心控制器，控制器通過(guò)周圍布置的相關(guān)傳感設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)家居環(huán)境并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行特定程序的分析和計(jì)算，得出相應(yīng)結(jié)果并根據(jù)該結(jié)果對(duì)相應(yīng)的電器發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍電器的自動(dòng)監(jiān)督和控制。例如當(dāng)防火傳感器出現(xiàn)問題時(shí)，中心控制器會(huì)對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理，然后向住戶發(fā)送報(bào)警信息。當(dāng)住戶通過(guò)手機(jī)或顯示器向中心控制器發(fā)出查看請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)家居環(huán)境中的各類參數(shù)及家居設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行收集并發(fā)送到住戶手機(jī)或顯示器以供查看。此外，住戶可以利用系統(tǒng)對(duì)家居環(huán)境中的各類參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，從而提供一個(gè)適合住戶需求的家居環(huán)境。

2.遠(yuǎn)程家居自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

家居自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可分為兩部分:家居WEB服務(wù)器和嵌入式控制器，如圖1所示。接入因特網(wǎng)的PC機(jī)構(gòu)成家居WEB服務(wù)器，嵌入式控制器則通過(guò)RS232串行接口與家居服務(wù)器連接。嵌入式控制器用于采集傳感器接受的數(shù)據(jù)和家電設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)信息并將此信息傳遞給服務(wù)器，同時(shí)接收和下載服務(wù)器給出的控制信息并執(zhí)行相應(yīng)的實(shí)際操作。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

嵌入式控制器是基于C8051F005單片機(jī)的微處理器?？刂破饔?路轉(zhuǎn)換通道和32個(gè)端口，9個(gè)微型鍵盤，一個(gè)顯示器。常用的家電設(shè)備通過(guò)繼電器連接到嵌入式控制器的數(shù)字接口，交流電通過(guò)繼電器向家電設(shè)備供電，繼電器則通過(guò)開關(guān)的顯示狀態(tài)將信息傳遞給嵌入式控制器，控制器根據(jù)相應(yīng)的信息指示家電設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的工作，溫度、濕度等傳感器則是直接連接到嵌入式控制器的轉(zhuǎn)換通道中?？傊诩揖幼詣?dòng)控制系統(tǒng)中，所有的設(shè)備監(jiān)控都是由嵌入式控制器執(zhí)行相應(yīng)指令的。

2.2 軟件架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

家居自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件由監(jiān)控程序和家居自動(dòng)控制網(wǎng)站兩部分組成，監(jiān)控程序在嵌入式控制器上運(yùn)行，其主要功能為采集相應(yīng)數(shù)據(jù)、控制家電設(shè)備以及完成家居服務(wù)器查詢、調(diào)整等請(qǐng)求功能。家居自動(dòng)控制網(wǎng)站的主要功能則是為住戶提供遠(yuǎn)程訪問自動(dòng)化控制系統(tǒng)的服務(wù)。

監(jiān)控程序共有數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、通信模塊、鍵盤管理模塊以及參數(shù)設(shè)置與顯示模塊6部分。嵌入式控制器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集傳感器輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。當(dāng)歸一化后的數(shù)據(jù)超出設(shè)定好的數(shù)值范圍時(shí)，嵌入式控制器就會(huì)通過(guò)控制模塊對(duì)相應(yīng)的家電設(shè)備進(jìn)行控制。通信模塊則是將傳感器收集到的信息上傳到嵌入式控制器進(jìn)行處理和將家電設(shè)備的運(yùn)行信息傳遞到住戶的手機(jī)，還擁有讀取家居服務(wù)器遠(yuǎn)程控制指令和查看指令等功能。參數(shù)設(shè)置模塊則是用來(lái)改變和調(diào)整各類家居設(shè)備的連接方式和家用電器的各種參數(shù)，此外，參數(shù)設(shè)置模塊還可用于更改家電設(shè)備和各類傳感器的名稱以及設(shè)置相應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率等，以此增強(qiáng)家居自動(dòng)控制系統(tǒng)的靈活性和便捷性。鍵盤管理模式和顯示模塊則是為住戶提供人機(jī)信息反饋及接收住戶監(jiān)督控制請(qǐng)求的界面。

住戶通過(guò)有效用戶名和密碼登陸家居自動(dòng)控制系統(tǒng)，既能獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息以監(jiān)控管理家居設(shè)備，又能對(duì)諸如電飯煲等家電設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的指令以滿足生活需求，實(shí)現(xiàn)智能化的家居生活。

3.試驗(yàn)與應(yīng)用

由家居自動(dòng)控制網(wǎng)站、嵌入式控制器、電源、顯示器、微型鍵盤、電燈、加濕器、電磁水閥、電熱水器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、水溫度傳感器和土壤濕度傳感器等組成完整的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)住戶登陸界面后，監(jiān)控網(wǎng)頁(yè)在顯示器上出現(xiàn)，住戶可通過(guò)此界面控制家電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)住戶點(diǎn)開電熱水器的按鈕時(shí)，家居自動(dòng)控制網(wǎng)站就會(huì)接受此命令并將其傳遞給嵌入式控制器，從而指揮電熱水器開始工作。同時(shí)，返回監(jiān)控網(wǎng)頁(yè)以便住戶對(duì)電熱水器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著智能化的快速發(fā)展，家居自動(dòng)控制系統(tǒng)也得到了快速的發(fā)展，家居自動(dòng)控制系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性越來(lái)越高，對(duì)住戶需求的模擬越來(lái)越切合實(shí)際。家居自動(dòng)控制系統(tǒng)擴(kuò)展靈活、價(jià)格適中、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)為人們的智能家居生活提供了極大的便利和保障，而隨著科技的發(fā)展及人們生活理念的轉(zhuǎn)變，家居自動(dòng)控制系統(tǒng)必將有著更廣闊的應(yīng)用前景。

[1]劉主鏈,宋躍,何志輝,王卓浩.無(wú)線模擬與GSM實(shí)現(xiàn)的智能遠(yuǎn)程家居控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2011,19(9):2133-2135,2139.

[2]張喜民,王國(guó)慶,丁學(xué)年.基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程家居自動(dòng)控制系統(tǒng)研制[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(11):2423-2427

[3]胡瑋.基于GSM的遠(yuǎn)程家居智能控制研究[J].科技風(fēng),2012(4):32,34.

[4]冷碧清.基于人工智能技術(shù)的家居控制系統(tǒng)研究[J].工程技術(shù),2015(31):88.