基于单片机的智能家居控制系统设计论文

基于单片机的智能家居控制系统设计论文内容摘要：

CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。 课题研究的目的及意义 智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。 利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合 在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。 与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。 还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。 使生活更 加舒适、便利和安全。 因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 系统设计主要任务 (1)硬件部分 智能家居控制系统其硬件部分主要由五大部分构成，即电话交换网程控交换信令部分、控制单元、传感器数据采集系统、 GSM模块 TC35 modem与接口和电源部分。 电话交 换网程控交换信令部分主要由 MT8870和电压检测元件组成，它是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统、 GSM模块 TC35 modem和控制单元完成报警等信号的 处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。 (2)软件部分 软件设计部分主要由五大部分构成：即数据采集与数据分析部分、电话交换网程控交换信令识别与分析部分、 GSM模块 TC35 modem接口程序部分、分析控制部分。 其中数据采集与数据分析部分和电话交换网程控交换信令识别需要作实时处理； GSM模块 TC35 modem接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和电话交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。 2 方案设计 系统总体设计与分析 本设计属于单片机应用系统。 确定单片机控制系 统总体方案，是进行系统设计最重要、最关键的一步。 总体方案的好坏，直接影响整个控制系统的性能及实施细则。 总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。 设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统，或者是数据处理系统。 选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。 选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。 执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定。 选择输入 /输出通道 及外围设备。 选择时应考虑以下几个问题：被控对象参数的数量；各输入 /输出通道是串行操作还是并行操作；各通道数据的传递速率；各通道数据的字长及选择位数；对显示、打印有何要求；画出整个系统流程图和原理图。 本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，其特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。 而把单片机面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。 嵌入式系 统一般分为四种 :工控机，通用 CPU模块，嵌入式微机处理，单片机。 嵌入式系统具有以下特点： (1)面对控制对象。 如传感信号输入、人机交互操作 ,伺服驱动等。 (2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。 (3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。 (4)突出控制功能。 如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统 (I/O控制、位操作和转移指令等 )。 单片机有惟一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入 式应用要求。 单片机 是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。 图 系统控制器由 MT8870接收远端发送来的 DTMF信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。 为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。 电话远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、复位功能。 为了符合 智能化要求，系统采用 SM8952AC25P 作为中央处理器。 同时，电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。 系统组成框图如图。 由图可知，系统主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、 DTMF音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元（ SM8952AC25P）、控制电路、电源电路等组成。 图 控制器并联于电话机的两端，不会影响电话机的正常使用。 用户通过异地电话拨通控制器所连接外线的电话号码，通过程控交换机向电话机发出振铃信号。 控制器检测到六 次振铃后，即六次响铃后无人接听时电话自动摘机，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后输入开或关密码遥控被控电器，完成后返回。 控制要求 完成远程控制部分必须完成一下要求： (1) 通过电话网对异地的电器实现控制（开 /关）。 (2) 控制器可以实现自动模拟摘挂机。 (3) 控制器设置密码校验。 本设计此系统必须具有以下单元功能模块： (1) 铃音检测、计数； (2) 自动摘挂机； (3) 密码校验； (4) 在线修改密码； (5) 双音频 信号解码； (6) 输入信息分析； (7) 控制电器开关； (8) 电器状态查询； 根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，本设计方案结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上作了以下分工： 交换机所发出的各种信号音都大多数可以通过软件编程来识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音的识别。 但从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，用硬件来解决振铃音检测、双音频信号解码等功能相对稳定可靠。 设 计中自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。 而振铃音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，易于实现。 综上所述，本设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。 而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。 防火灾发生传感器 火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体 积小巧，火灾烟雾传感器是把烟雾信号转换为电信号，电路设计时可以在背后设计专用的卡口以便地固定在墙体或者天花板上，使用时通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。 如有火灾发生控制器发出声光和短信报警信号，通知家人及小区物业管理部门。 家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。 本系统采用 NIS09C型烟雾传感器。 通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。 如有燃气泄漏家 庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时短信通知家人及小区物业管理部门。 这里采用 TP2 高温型一氧化碳传感器报警器需在一氧化碳浓度达到设定制值时系统应启动报警。 防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。 住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。 当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备 (门磁开关、玻璃破碎探测 器 )设防，住宅内区域防护的防盗报警设备 (红外探测器或被动红外／微波双技术探测器 )撤防。 当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备 (门磁开关、玻璃破碎探测器 )和住宅内区域防护的防盗报警设备 (被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器 )均设防。 当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并短信通知家人及小区物业管理部门。 另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。 信号采集设计与分析 传感器是将外界信息转换成电。