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2系统的总体方案
根据系统的功能设置,结合计算机技术、自动控制技术和通信技术的特点与要求,可将整个系统划分为环境与安防检测、控制,以及设备驱动等三大局部。
环境与安防检测局部由光照、雨水、燃气检测器及窗幕、门磁探测器等传感检测器组成。
控制局部主要由主控模块(也称主控板)和安防报警与家电控制模块(也称报警与控制板)构成,其中主控板负责智能窗帘的控制和安防报警信号的采集。
报警与控制板完成自动拨号、报警、提示语音的录放,以及和家电控制操作码(密码与指令码)的存储、查询与修改。
系统构造如图1所示。
图1系统的整体构造
2系统硬件设计
本系统力求使用性价比高的电路芯片实现各项功能,经过技术分析,主控板和报警与控制板均以MCU(微控制器)为核心,采用Atmel公司的AT89S52单片机。
这种单片机是一种低功耗、高性能的8位微控制器,嵌8K可编程Flash存储器,属于MCS单片机产品系列,已为众多嵌入式系统所选用。
窗帘遥控器的MCU那么采用该系列中贴片式MCS89C2051单片机,以满足体积与功耗的要求。
2.1主控模块
主控模块主要包括MCU及外围电路、窗帘电机控制电路、窗幕探测(红外感应)处理和燃气检测处理等单元电路,以及MCU与光照、雨水、门磁等传感器、报警与控制板的接口,如图2所示。
图2主控模块的电路构造
1)MCU及外围电路。
主要包括MCU(89S52)、时钟电路、ISP在线编程电路()及遥控器信号接收单元(IR),电路如图3所示。
连接器J4用于接收由环境监测和安防传感器及处理电路发送的状态信息,J5主要用于向报警与控制板发送各类报警请求。
图3MCU及外围电路
2)电机控制电路。
为了实现窗帘的电动控制,选用可正反双向转动的低速交流同步电机,由市电220V供电。
电机转动最大行程的机械控制装置与电机一起封装在窗帘电机盒,安装时可根据窗帘的尺寸来设置。
窗帘电机的控制电路如图4所示。
图4窗帘电机控制电路
ACL和A分别为AC220V交流电的火线、零线,由MCU的P13和P14端口对继电器J5和J6进展控制,"
1"
电平为动作,"
0"
电平为释放。
J5动作、J6释放那么电机正转;
J6动作、J5释放那么电机反转;
J5和J6都不动作,那么电机不转。
2安防报警与远程控制模块
该模块主要包含MCU及外围电路、与公话网相连的接口电路、振铃的检测电路、信号音的检测电路、和远程控制操作码的收发电路、报警和提示语音的录放电路、LCD显示电路和键盘电路(16键)等,如图5所示。
主要包括MCU、时钟电路和串行FLASH存储器。
该存储器用来预存报警时自动拨打的(如主人手机、办公室座机、110等)和家电远程控制的操作码,选用容量为256字节的AT24C02,采用I2C总线构造与MCU的端口进展连接。
2)接口及振铃检测电路。
主要包括的摘机电路,音频偶合变压器(用于信号音、报警及提示语音、DTMF信号与外线的偶合),以及振铃检测电路,如图6所示。
图6中SIGN为音频偶合变压器与信号音检测电路的接口,TONE为双音多频(DTMF)收发电路的接口,SP+与SP–为语音播放电路的接口。
摘机电路:
由MCU控制继电器JP1来实现。
当MCU的P36端口送出高电平时,三极管Q1导通,继电器JP1动作,JP1的接点7和8与外线相连,并通过R2等元件构成摘机回路;
当P36端口送出低电平时,那么摘机回路断开,回到挂机状态。
铃流检测电路:
用于家电的远程控制。
振铃信号是40±
15V/25Hz的正弦波。
当该信号到来时,线路上的正弦波信号叠加在直流电压上变成90±
15V电压,经过整流后击穿稳压管D6再驱动光电耦合器Q2,从Q2的C极输出方波信号送至MCU的INT0中断口,累计振铃次数,到达预定次数MCU那么控制自动摘机,进展家电的远程控制处理。
3)信号音检测电路。
主要由信号音专用检测芯片CR6230来完成,其信号输入管脚SIGN与音频变压器的管脚4相连,可准确识别线路的拨号音、回铃音、忙音、催挂音等各种信号音,其状态通过4个管脚输出,再连至MCU的端口。
MCU只需读取端口即可。
4)和操作码的收发电路。
主要完成的发送(拨号)及远程控制操作码的接收(收号)。
由于公共网上的与信令都是以DTMF制式来传输的,所以决定采用MITEL公司的DTMF收发专用集成电路MT8880,如图7所示。
该元件的DTMF信号的输入(IN-)/输出(TONE)端通过外围放大电路与音频变压器的第2管脚相连,的二进制数据通过管脚D3、D2、D1、D0与MCU的I/O端口相连,从而使拨号的DTMF信号可上传到线路,远端送到线路上的DTMF信号也可被译码成远程控制操作码由MCU读取。
图7DTMF信号的收发电路。
系统软件设计
本系统的软件程序包括主控程序,安防监控报警程序,定时、红外遥控信号的接收程序,振铃、拨号、收号等中断处理程序,家电远程控制程序,以及遥控器的信号发射程序等,主要采用C语言设计。
由于篇幅所限,这里只给出主控程序和报警程序的设计思路和处理流程。
3.1主控程序的设计
主控程序装载于主控板的MCU芯片的FLASH存储器中,主要功能是完成以下功能:
单片机的初始化,接收和处理遥控器发送的窗帘控制命令;
在定时中断程序的配合下进展窗帘的定时开合的控制;
扫描红外感应、燃气检测等传感器的输出信号,如有报警,当有人在家时(未设防)播放声音提示,无人在家时那么向报警与控制板发出请求,再由该板完成拨号报警处理。
主控程序的处理流程如图8所示。
图8主控程序流程2安防监控报警程序的设计
该程序装载于报警与控制板的MCU芯片中,振铃、拨号、收号等中断处理程序也驻留在该芯片,主要实现循环拨号、向摘机者播放报警留言语音,以及(及远程控制操作码)的预存、查询与更新等功能。
程序的处理流程如图9所示。
图9安防报警程序流程
2,采用HFC的家庭智能控制系统。
根本特点是家智能控制器配置了CableModem,利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。
HFC网络采用共享方式,其共享宽带36Mbit/s。
当上网人数较多时,上网的速度会变慢。
由于CableModem设备费用较高,用户网络的开通费用较高。
简介HFC:
HFC:
HybridFiber-Coaxial的缩写,即混合光纤同轴电缆网。
是一种经济实用的综合数字效劳宽带网接入技术。
HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三局部组成,从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输;
到用户区域后把光信号转换成电信号,经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。
它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于,在干线上用光纤传输光信号,在前端需完成电—光转换,进入用户区后要完成光—电转换。
HFC〔混合光纤同轴电缆网〕是一种开展前景广阔的通信技术,电信效劳商对HFC表现出浓厚的兴趣。
对有些电信效劳供给商来说,采用HFC技术向居民住宅和小型商务机构提供融合了数据和视频效劳的综合效劳具有相当大的诱惑力。
与此同时,HFC还为网络营造企业提供了众多的开展时机。
但是,这一技术还存在一些设计缺陷,网络的建立和部署本钱也比拟昂贵。
HFC既是一种灵活的接入系统同时也是一种优良的传输系统,HFC把铜缆和光缆搭配起来,同时提供两种物理媒质所具有的优秀特性。
HFC在向新兴宽带应用提供带宽需求的同时却比FTTC〔光纤到路边〕或者SDV〔交换式数字视频〕等解决方案廉价多了,HFC可同时支持模拟和数字传输,在大多数情况下,HFC可以同现有的设备和设施合并。
HFC支持现有的、新兴的全部传输技术,其中包括ATM、帧中继、SONET和SMDS〔交换式多兆位数据效劳〕。
一旦HFC部署到位,它可以很方便地被运营商扩展以满足日益增长的效劳需求以及支持新型效劳。
总之,HFC都是一种理想的、全方位的、信号分派类型的效劳媒质,HFC具备强大的功能和高度的灵活性,这些特性已经使之成为有线电视〔CATV〕和电信效劳供给商的首选技术。
由于HFC构造和现有有线电视网络构造相似,所以有线电视网络公司对HFC特别青睐
3,采用太网的家庭智能网络系统。
根本特点是家庭智能控制器配置了以太网网卡,利用太网作为信息传输网。
以太网同时支持住户计算机和家庭控制系统。
以太网传输速度较高,传输速率有10Mbit/s,10Mbit/s,1Gbit/s,10Gbit/s等。
根据传输距离的要求,由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对双绞线,多模光缆或单模光缆,由交换机至家庭控制器采用5类4对双绞电缆。
4,采用LonWorks的家庭智能控制系统。
根本特点是采用一个覆盖全部ISO/OSI标准七层通信协议,开放性的LonWorks总线技术,一台系统效劳器最多可连接127台LonWorks路由器,一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。
每台家庭控制器为LonWorks一个通道上的网络节点,每个网络节点包括神经元芯片,振荡器,电源,一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I/O设备〔电路〕,存储器等。
LonWorks直接通信距离可达2700m〔双绞线,78kbit/s),其通信传输速度最大可达1.25Mbit/s〔此时有效传输距离为130m〕LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时,需加装中继器。
传输线通常采用双绞线,也可以采用同轴电缆或电力线。
5,采用RS485的家庭智能控制系统。
根本特点是RS85串行接口总线为主从式网络,它的通信为半双工,采用双向单信道连接方式。
RS85串行接口总线的传输介质采用双绞线,传输速度为10Mbit/s时,最大传输距离是12m,传输速率为1Mbit/s时,最大传输距离120m,传输速率100kbit/s时,最大传输距离是1200m。
6,采用无线网的家庭智能控制系统。
根本特点是利用无线作为信息传输网,该系统不仅功能上完全满足需求,而且从系统效劳器至家庭控制器,家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式,小区,楼,户无需布线,施工简单,可以节省施工的投资,无线网的工作频率复合IEEE802.11b标准要求。
1,红外遥控学习功能:
学习传统家用电器红外遥控器发出的控制信息,并按照家居控制协议规定的控制代码进展储存。
2,家电遥控功能:
通过网络,短信息等方式发送家居控制协议规定的控制代码,家庭控制器通过解析控制码,利用储存的红外线控控制信息,远程控制家居设施。
3,灯光控制功能:
对灯光系统的远程控制,根据环境对灯光的调节及通过设定模式对灯光的控制,按照预先设定的时间程序,分别对各个房间照明设备的开,关进展控制,并可自动调节各个房间的照度。
4,数据采集功能:
通过传感器采集家庭信息,并通过网络,短信息等方式查询,对热能表,燃气表,水表,电度表的用量进展自动数据采集,计量,并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。
5,电动伺服机构:
通过网络,短信息等方式,远程控制电动窗帘等伺服设施,按照预先设定的程序,对窗帘的开启,关闭进展控制。
6,远程控制功能:
包括电气设备的集中,遥控,远距离异地〔通过或英特网〕的监视,控制及数据采集,按照预先设定的要求对热水器,微波炉,视像音响等家用电器进展监视和控制,根据时间,温度,湿度等参数对空调机进展监视,调节和控制,通过彩信方式,查询家庭中的图像信息。
7,家庭安防功能,主要包括火灾报警,可燃气体泄露报警,防盗报警,紧急求救,多防区的设置,访客对讲等。
通过热释红外线传感器及火灾,烟雾传感器,探测各种危险信息,并通过
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