基于单片机的智能家居控制系统的设计

2016-10-19吕帅

数码世界 2016年9期

关键词：振铃人机界面触摸屏

吕帅

渤海大学

基于单片机的智能家居控制系统的设计

吕帅

渤海大学

由于科学技术的不断发展和进步，人对生活质量提出了越来越高的要求，许多人希望完善以及更新自己的居住环境，所以出现了智能家居系统，保安系统和电气远程控制系统组成的智能家居系统，目前通过单片机的方式就可以获得比较安全和舒适的智能家居环境。本文根据智能家居的发展要求，获得了最新的智能家居控制方法。

单片机智能家居系统设计

因为社会不断的发展和进步，而且人们的生活水平也在不断提升，所以人们需要促使生活质量的提升，需要追求个性化以及智能化的家居生活方式。由于人们的居住条件不断改善，家居环境的追求逐渐体现为人性化以及智能化的追求方式，这个时候就出现了智能家居。智能家居一般有五种系统功能：家居保安系统功能、家居设备控制功能、家居综合布线功能、家居信息化功能、住宅小区管理系统。智能家居的控制方式也很多：包括本地控制遥控控制以及集中控制。在当前的生活中，智能家具可以根据人们的生活需要，更好的对家具形式进行融合，可以方便地改变人们的生活水平。

1　系统的总体设计

我们对智能家居系统的两个重要部分进行了研究，包括家具保养系统以及家用电器控制系统。家具板系统可以实现的火灾以及有害气体泄漏的报警，当出现抢劫以及盗窃的时候可以进行自动报警，而且系统可以检测出报警的火灾信号。如果出现的偷盗以及火灾的时候可以将这些到底信号发送出去，因为这套系统和电话机的功能是相同的，为了避免出现电话被监听，当振铃到一定的次数的时候。才能启动该系统对家用电器进行控制，而且该系统能够实现自动模拟，通过接通系统后可以对后续电路进行控制。

接通系统以后，可以通过语音电路进行用户和系统的交互工作，而且可以进行家用电器的远程控制，单片机的智能家居系统是在电话线上，如果用户进行远程控制电机的时候，可以拨打家中的固定电话。而且系统检测到振铃的时候，可以根据语音进行提示操作。系统还需要输入登录密码，当输入了正确的密码的时候控制电机可以开或者是关闭，这样才能自动挂机。如果输入三次密码不正确的时，系统就会出现挂机的情况，而且当系统检测到家中出现火灾信号的时候，就会自动地发生火灾信号，这个时候用户和相关部门要采取相关措施，这样才能更好的避免损失。系统要根据各项功能。需要具备以下的各种模块。.

（1）振铃的检测和计数；

（2）自动摘机、挂机；

（3）登录密码的校验；

（4）双音频信号的解码；

（5）语音电路；

（6）控制电器开关；

（7）家庭安全状况检测；

（8）双音频信号的编码.

2　系统功能要求

本文对智能家居系统中的保安系统以及电气远程控制系统进行了研究，如果住宅发生火灾的时候可以自动报警，当出现入室抢劫的时候也会自动报警，所以系统必须具备能够识别和判定火灾，有害气体，最终传递出报警信号。家用电器控制系统是通过电话进行控制的，这种系统可能会对用户正常工作有影响。所以系统需要具备振铃的功能。只有振铃达到了一定次数才能启动系统，而且这种系统设计的方法是系统启动后通过语音解码电路对家用电器进行控制。笔者设计的单片机控制系统是接在电话线上的整体功能，用户要使用家用电器远程控制拨打电话，需要进行振铃次数检测。如果次数达到十次的时候就会接通，而且会进行语音密码提示，这样才能更好的对家用电器的开关进行控制，重置完成后就可以自动挂机，对家用电器安全状况进行检测。如果出现相关的火灾或者是信号的时候会自动报警，这样可能最低限度的降低家中的损失。本系统还需要相关的功能模块，振铃检测和计数、自动摘机挂机、登录密码验证、双音频信号解码、双音频信号编码、语音电路、控制电器开关、家庭安全监测。。

3　系统的硬件构成

智能家居系统的硬件组成主要是人机交换接口，无线数据模块以及终端核心控制器，其结构框图如图1所示。

图1　结构框图

3.1人机交互界面

职业生涯规划是指，对个人的定位和发展相结合的认识剖析，对决定个人今后发展方向问题的认识、分析、总结。确定今后发展的目标与方向，为选择的事业和工作进行不懈的努力，对每一段时间、每迈出一步都做好准备和策划，对实现目标的每一步骤都作出合理的安排，已达到最终实现的目标。[3]

人机界面是通过监控和处理各种信息的显示屏幕，有利于实现操作人员以及操作设备之间的双向沟通。本设计使用信捷B/TH765系列触摸屏，该型号的屏幕有几英寸的显示屏，而且比较支持BMP，JPEG格式图片，他还具备比较完善的校准功能模块，该触摸屏可以提供比较好的人机交换界面，可以在家庭控制系统中得到很好的应用。

3.2无线模块

设计使用的无线模块作为顺舟科技的嵌入通信模块，该模块使用的zibee无线技术，这种无线技术和工业标准有相通的地方，他有更远的通讯距离而且具有更强的抗干扰能力，能够实时的进行数据传输。ZigBee技术译为紫蜂技术，这是一种新型的组网以及应用软件方面的传感器网络，叫做IEEE 802.15.4（ZigBee）技术标准。结构比较简单而且功耗比较低，而且可以嵌入在各种设备，同时可以进行地理定位，。

3.3控制器

可以进行控制终端设计，单片机作为核心器件，本设计通过单片机和无线接收模块进行数据传输对家用电机进行控制，本设计使用的飞思卡尔MC9S128MAA单片机，这是一种新型的微控制器，这种控制器具有良好的性能，比32位微控制器更强，还有主控CPU，而且拥有全新处理器模块。该模块是智能的可以直接编程，而且可以进行通讯以及数据处理，在其它任务时会释放CPU空间，有利于芯片整体性能的提升。

3.4自适应智能灯光系统的设计

在智能家居系统中，需要对灯光进行控制。舒适的灯光可以为家庭生活带来比较温馨的环境，在本次设计中，主要使用脉冲调制技术对灯光进行控制。同时通过光敏电阻对外界光线的感应，会导致电压变化。通过单片机可以进行模拟信号的采集，然后通过飞思卡MC9S128MAA单片机集成的A/D转换功能完成数/模转换，最终通过算法可以完成调制波的输出。可以对室内灯光进行控制。

4　软件设计

本软件设计包括人机界面的软件设计以及调控制器的软件设计。系统进入初始化后，首先得进入人机界面，通过自适应搜索可以打开家用电器，通过触摸屏触摸可以选择控制的电器，，通过无线模块输出可以对数据进行处理，最终可以控制家用电器并且可以传回数据，触摸屏上会出现各种参数。

4.1人机界面软件设计

（1）Touch Win简介

Touch Win为TH系列触摸屏提供理想的平台。软件使用中文操作界面以及开发程序，操作功能良好，而且具有简单易学的开发程序，这是最常用的开发软件，可以进行触摸屏开发。

（2）人机界面窗口设计

本次设计有设计的画面窗口：开机界面，电器搜索界面以及电器控制界面。

4.2控制终端软件设计

（1）控制器开发环境简介

控制器使用的环境是飞思卡尔公司研制的CodeWarrior的开发环境，软件功能比较强大，在该环境下有以下几个模块，编译器构造系统以及调试器，其他模块可以对软件的开发进行支持，且这种集成环境是多线程的，可以保存内存中的状态信息，而且可以提高操作速度，进行自动编译以及链接。

（2）主程序编写

主程序编写就是要使用C语言，主要是3个模块组成的c语言，包括数据采集数据处理及数据反馈模块，可以通过同步的运行方式，实现采集无线传输数据的目标，该模块主函数中使用AS1_RecvChar（）函数完成对无线传输数据的采集。

对光敏电阻构成的电压采集单片机，本设计使用的单片机集成A/D采集精度为12位，最终可以满足本软件的设计需求。

4.3人机界面与控制终端的通信协议

为了更好地完成触屏以及控制终端，系统会设置各种通信协议，通讯的协议如表所示：

表1　通信协议对照表

5　系统调试及结果分析

5.1硬件电路调试

通过对Max232电路进行检测，最终可以得到无线数据，通过电脑的窗口就可以显示数据，需要进行符合要求的测试，而且要对最小的系统进行测试，这样即使在电阻遮光的情况，可以进行各种电压测试，这种有光情况下的输出电压为三伏，最小的电压是0.2伏，而且使用的各种脉宽调制技术，调制波可能会随着电阻的变化而产生明显的不同，最终是可以满足设计要求的。

5.2软件调试

触摸屏的开发软件Touch Win具有在线模拟功能，通过对功能的模拟，电路上完全可以实现各种功能，而且可以下载触摸屏，通过测试后功能就可以满足设计要求。

5.3结果分析

要对软件和硬件进行各种测试，需要做好系统的操作工作，通过各种测试结果得到了智能家庭的综合性能，这种性能是符合设计要求的。