智能家居控制系统设计

3 　　2008207210 收到, 2008211220 改回3 3 　于昕梅, 女, 1974 年生, 硕士, 讲师, 毕业于桂林电子科技大学, 研究方向: 嵌入式智能家居系统。 文章编号: 100325850 (2009) 0120058203 智能家居控制系统设计 The D esign of In tellectua l ized Household Con trol System 于昕梅　彭鹤挺 (佛山科学技术学院　广东佛山　528000) 【摘　要】研究和设计了应用于智能家居环境中的一种远程自动控制系统。它将操作指令由GSM 手机经GSM 网 络传至家中的值守GSM 模块, 再由该GSM 模块通过由单片机控制的红外无线局域网传输红外信息来控制家电 动作, 完成对信息家电的控制意图, 并可将信息家电的信息反馈回来, 以便进行下一步的控制。系统安全可靠, 性能稳定。同时该系统除用于家庭设备远程自动控制外, 也可用于家庭通信、家庭安全防范, 共同组建智能家 居控制系统。 【关键词】GSM , 单片机, 红外无线局域网, 智能家居控制 中图分类号: TN 929153 文献标识码: A ABSTRACT　T h is paper studied and designed an in tellectualized con tro l system w ith in a househo ld1 It t ransm its inpu ts from a GSM cell phone to a GSM device in the househo ld th rough GSM netw o rk1 T h rough infrared w ireless netw o rk w h ich is con tro lled by M CU , the GSM device then transm its signal to electron ic devices all around the house to fin ish desired task s1 T he GSM device can also feed back info rm ations abou t tho se electron ic devices to the GSM cell phone so that w e can p roceed to the nex t task1 T h is system safety is reliab le, the perfo rm ance is stab le1 Sim ultaneously th is system no t on ly equ ip s w ith w ireless con tro lling ab ility, it is a lso app lied to househo ld comm unication as w ell as p ro tection. KEYWORD S　GSM , single ch ip computer, infrared w ireless netw o rk, in tellectualized househo ld con tro l 　　21 世纪是信息化的世纪, 各种通信和互联网等技 术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统的 出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、 任意地点对家中的任意电器 (空调、热水器、电饭煲、灯 光、音响、DVD 录像机) 进行远程控制; 可以在下班途 中, 预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、 电饭煲煮好香喷喷的米饭⋯而这一切的实现都仅仅是 轻轻的点几下手机按键或鼠标。此外, 该系统还可使家 庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能, 如果不幸出现某种险情, 您和 110 可以在第一时间获 得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是 社会进步的标志, 智能家居系统能够在不改变家中任 何家电的情况下, 家内家外 (在家内通过无线局域网, 在家外通过电信或互联网) 都能对家里的电器、灯光、 电源、家庭环境进行方便的控制, 使人们尽享高科技带 来的简便而时尚的现代生活。 1　智能家居系统控制的工作原理 本系统是基于红外和GSM 网络的用于智能家居 环境中的一种远程自动控制系统。其工作原理为: 用户 通过自身的手机发出命令短消息, 在家值守的GSM 模 块接收到命令后发送给主机 (单片机) , 主机通过对命 令的处理, 把命令通过红外传输到相应的分机 (单片 机)上, 分机对命令处理后, 启动相应设备, 完成用户给 出的命令并向主机回复应答, 主机收到应答后, 通过 GSM 模块发出回复短消息, 报告用户完成命令。若在 规定的时间内 (这里定时 60s) 主机没有接收到分机的 回复信息, 即把该操作认为无效, 回复操作无效短消息 给用户手机, 要求用户重新发出命令。若收到的短信息 有误, 主机便立刻回复用户该操作无效, 请求重新发出 命令。系统构成如图1 所示。 图 1　系统构成图 2　硬件设计 211　M CU 与GSM 通信模块 本单片机通过R S232 串行通信接口与GSM 模块 通信, 提取GSM 设备的短信, 发送相关的信息, 并通过 串行通信接口与红外模块相连, 利用红外模块, 达到 主、分机之间的通信, 因此, 选用A T 89S52 芯片。控制 ·85· (总 62) 智能家居控制系统设计 2009 年　 上需要用到两个串行接口, 但89S52 只有一个串口, 故 还需要在程序中进行模拟串行接口通信。其最简外部 接线电路如图2 所示。 图 2　A T 89S52 外部接线 89S52 与TC35 之间通过异步串行接口进行通信, 通信速率为 9 600bös, 具有 1 位起始位、8 位数据位、1 位停止位, 无奇偶校验。 单片机启动后, 便发出A T + CM GD = 2 指令, 清 除第二存储空间的数据, 然后不断地发出指令读取第 二存储空间。若有数据, 即表示接收到数据, 并开始对 数据进行处理, 处理完毕后再把该空间数据删除。当单 片机向手机发出短消息时, 单片机会向GSM 模块发出 A T、A T + CM GF = 0、A T + CM GS = X 一系列的指 令, 当接收到回复信息后, 最后发出短消息的内容。 212　红外无线通信模块 红外发送器电路如图3 所示包括38kH z 晶体振荡 器、反相器、与非门、驱动门Q 1 和红外发射管D 1 等部 分。其中38kH z 晶体振荡器、电阻R 3 和反相器组成脉 冲振荡器, 用以产生38kH z 的脉冲序列作为载波信号, 红外发射管D 1 选用V ishay 公司生产的T SAL 6238, 用 来向外发射950nm 的红外光束。 图 3　红外发射器电路图 红外接收器电路如图 4 所示, 当接收器收到数位 “0”时, Q 2 管导通, 使得RXD 接收到低电平, 收到数位 “1”时, Q 2 管截至, RXD 接收到高电平。 213　模拟控制 本系统将以不同的电机做出不同的动作, 来模拟 说明智能家居对系统控制的响应。如图5 所示, 当分机 的单片机收到本机的地址信息, 便提取信息中的数据, 根据数据的命令, 若把P 010, P 011 脚置成低电平, 其 他为高电平, 则Q 3、Q 4 管导通, 电机便正向旋转, 若把 图 4　红外接收器电路图 P 012, P 013 脚置成低电 平, 其他为高电平, 则Q 5、 Q 6 管导通, 电机便反向旋 转 (以前一情况为正向 时)。若一台分机上连多个 电机, 有多台分机, 便可以 实现在智能家居环境中对 家庭各个设备的同步控 制。 图 5　电机驱动电路 3　软件设计 311　单片机主程序设计 主机上电复位后进行初始化, 然后不断地对GSM 模块进行扫描查询。当查询到GSM 模块接收到用户发 送的短信时, 便对短信进行处理, 提取相关信息, 然后 通过红外模块相分机发送相应的命令数据。接着就在 一定时间 (可根据用户需要调整, 这里设为60s)内等待 分机的回复信息。当接收到回复信息或规定时间内没 有接收到分机的回复信息, 主机都返回到扫描查询状 态。主机主程序流程图如图6 所示。 分机上电复位后进行初始化, 然后等待接收主机 发送的命令信息。接收到命令信息后, 从中提取地址和 数据信息, 若为本分机地址, 则对数据进行处理并作出 ·95·　第 22 卷　第 1 期 电 脑 开 发 与 应 用 (总 63) 响应, 同时向主机发送确定信息; 若非本分机地址, 则 返回, 继续等待主机发送的命令信息。分机主程序流程 图如图6 (b)所示。 312　中断程序设计 本系统需要模拟串行数据发送和接收, 所以需要 用上外部中断来接收数据, 确保数据传输的同步性和 实时性。每接收一位数据, 中断都会响应一次, 接收 8 位为一个有效数据, 接收8 个数据为一个数据帧。外部 中断流程图如图7 (a)所示。 为了确保主机正常工作, 加入主机等待分机回复 的等待时间。而为了时间的实时性和准确性, 用到单片 机内部的定时器1。设定其工作模式为模式1, 初值为 0x4bff (50m s)。中断20 次为1s, 60 次循环为60s, 当60s 到时, 标志位置位后返回。时间中断流程图如图 7 (b) 所示。 4　结　论 本系统安全可靠, 性能稳定。同时本系统除用于家 庭设备远程自动控制外, 也可用于家庭通信、家庭安全 防范, 共同组建智能家居控制系统。 参 考 文 献 [1 ] 周　洪, 胡文山, 张立明等. 智能家居控制系统[M ]. 北 京: 中国电力出版社, 2006. [2 ] 郑君刚. 基于无线传感器网络技术智能家居报警系统 设计[J ]. 沈阳建筑大学学报 (自然科学版) , 2008 (2) : 3452348. [3 ] 王松德. 热释电红外传感器在无线遥控报警系统中的 应用[J ]. 光谱学与光谱分析, 2007 (6) : 1 12421 126. (上接第 45 页) 显然,A JA X 技术并不是适合所有W eb 开发的技 术。但是,A JA X 不单纯是某种技术, 它体现的那种处 处用户考虑的理念、个性化设计理念和创新理念, 永远 值得每个网站建设者认真思考。 4　结束语 A JA X 带给我们的不仅仅是技术, 更多的是以人 为本的一种服务理念。不仅缓和了资源矛盾, 也带来了 丰富的用户体验。当然, 任何东西有利也有弊,A JA X 的适用范围是由它的特性所决定的。如果过多的使用 JavaScrip t, 那么客户端将非常臃肿, 不利于用户的浏 览体验, 如何在做到快速的前提下, 还能够做到好的用 户体验, 这是当前面临的一个问题。 参 考 文 献 [1 ] Garret t J J. A jax: A N ew A pp roach to W eb A pp licat ions, 2005 (2) : 34251. [2 ] R yan A S, N athan iel T S 著. 金　灵译. A jax 基础教 程[M ]. 北京: 人民邮电出版社, 2006. [3 ] 游丽贞, 郭宇春, 李纯喜. A jax 引擎的原理和应用[J ]. 微计算机信息, 2006 (22) : 2052207. [4 ] 杨国瑞, 张思博. 基于A JA X 的W eb 应用架构设计[J ]. 现代电子技术, 2006 (15) : 95298. [5 ] 徐丽丽, 张永胜. A JA X 技术及其应用研究[J ]. 计算机 时代, 2007 (3) : 56258. (上接第 50 页) 5　结束语 由以上的分析可以看出, 本文所提出的多式联运 运输方式多目标优化算法在总成本最小和时间最优的 原则下, 可以十分方便地求解多城市间多种交通方式 的最优组合问题和为经营决策者提供精确的数据结 果。但现实的生产情况还具有一定的差距, 如: 考虑在 不同的时间段, 实际的运输时间和费用是不同的, 同时 道路的交通流量对运输的影响等, 如何将这些实际问 题加入到模型中使模型能够在实际运用中更加有效有 待进一步探讨。 参 考 文 献 [1 ] 井祥鹤, 魏冬峰, 运输方式选择多目标优化问题的混合 遗传算法[J ]. 计算工程与应用, 2005 (4) : 7372738. [2 ] 魏　航, 李　军. 一种求解时变网络下多式联运最短路 的算法[J ]. 中国管理科学, 2006 (8) : 57259. [3 ] Copperm an R B , D evlin M P, Ew ah R M et al. Coo rdinating and P rio rit izing M ultimodal T ranspo rta t ion P ro jects[C ], 2004: 1132119. [4 ] 石　琴, 黄志鹏, 一种多目标运输问题的优化模型[J ]. 合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2006 (6) : 7722774. [5 ] 陈晓龙, 柯文德. 遗传变异操作 [J ]. 茂名学院学报, 2004, 14 (1) : l162l18. [6 ] 王跃宣. 处理带约束的多目标优化进化算法 [J ]. 清华 大学学报 (自然科学版) , 2005, 45 (1) : 1032106. ·06· (总 64) 智能家居控制系统设计 2009 年