智能家居的手机网络控制系统设计方案

　　所谓智能家居是指借助于综合布线，通过综合配置住宅区内的各功能子系统，以计算机网络对住宅内各种设备实行自动化管理的新型住宅。

　　在我国，随着国民经济水平的迅速提高，特别是现代科学技术的迅猛发展，高科技产品改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，促进了家庭生活现代化，居住环境舒适化和安全化，人们对基于个性化的智能家居需求逐渐增大。我国智能家居建设发展速度很快，已建立起了一些具有一定智能化管理功能的住宅。本文介绍一种智能家居的手机网络控制系统。

　　1、系统方案设计

　　家庭智能家居系统采用手机通讯，由两个串联的单片机构成控制主机的核心，利用电力线载波通讯作为家居底层通讯网络，这样构成的家居用电设施实时监控系统，有其无法比拟的优越性。这种设计理念也已推广应用于智能大厦和智能小区管理中。

　　用户在户外通过移动手机（GSM通讯）或者固定电话（语音通讯）对住宅内控制系统主机中的GSM（Global System for Mobile Communication）模块发出语音控制指令，接到用户指令经单片机处理后，通过电力线载波PLCC（Power LineCarrier Communication）模块与各被控分机进行通信，分机根据主机发送的指令将住宅内各被控设施工作状态回馈给主机，主机再将被控设施的工作状态通过GSM模块反馈语音提示给通话用户，用户再根据语音提示反馈的情况，通过返回信号给控制系统主机发出控制指令，主机指挥分机对各被控设施工作状态做出相应控制，以此来实施用户对住宅设施工作状态的了解和控制，如图1所示。 

　　图1　控制系统工作原理框图

　　１.１微处理器

　　智能家居控制系统采用双单片机MCU1（Micro Control Unit 1）和MCU2（Micro ControlUnit 2）谐调控制来实现对家居系统中电器设施的远程监控操作功能，解决了测量和控制与监测及信息回馈之间的矛盾，从而提高了系统的实时性及效果稳定性且价格较为经济。

　　控制系统主机中的两个单片机串联。MCU1经由语音模块通过GSM模块向用户发出和接收相关信息，实现人机对话，反馈控制系统的工作状态，用户再根据反馈情况通过GSM模块发出指令，指示控制系统使家居电控设施做出相应控制动作；单片机MCU1做出相应的控制是要将数据传到MCU2,MCU1首先要向MCU2发出中断指令使之进入中断状态，MCU1再将数据串行送到MCU2中，MCU2上接有液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display），用以显示控制系统的工作状态，MCU2上连接的键盘用来供用户实时输入相关控制指令。这样，当控制系统主机接听用户来电询问和指示时，可以同时执行相关指令或者按键控制。

　　１.２控制指令收发模块

　　由于GSM网络系统具有防盗拷能力佳，网络容量大，手机号码资源丰富，通话清晰，稳定性强不易受干扰，信息灵敏，通话死角少，手机耗电量低等应用特点，极大地方便了用户对智能家居的实时监控。控制系统主机GSM模块采用Siemens公司的TC35模块，该模块核心部件基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。TC35模块自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯，快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。

　　１.３双音多频通讯

　　双音多频DTMF（Dual Tone Multi Frequency）电路中使用的关键功能部件是MT8870解码芯片，该芯片接收控制主机中GSM模块接收到的由用户通过手机发来的双音多频模拟信号，首先通过双音滤波器初滤后的信号再经高群滤波器和低群滤波器分别滤出其中的高频和低频分量，两种分量经过模/数转换后送给数字检测计算电路，生成4个高频信号和4个低频信号组成4位二进制数据由微处理器MCU1从数据总线端口读入，完成对双音多频信号的收取。芯片中的数字检测计算电路对音频信号进一步优化，避免MCU1收取错误信号。

　　１.４语音模块

　　智能家居控制系统主机中的语音模块电路主要由单片机MCU1、ISD4004语音芯片和LM386功率放大器等电路构成。语音模块主要用来接收来自控制电路的串行数据流并锁存，完成地址码的查找，录放音等操作，并向音频放大电路提供音频电流。控制系统所要实现的语音提示、应答和查询等功能由单片机MCU1与ISD4004之间的通讯来完成。ISD4004语音芯片通过单片机MCU1的内置串行外设接口SPI（SerialPeripheral Interface）送入操作命令，它采用多电平直接模拟量存储技术，将经放大后的输入语音信息以接近原始模拟量的形式存储。在放音时，录入的模拟电压在采样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，输出通道上的平滑滤波器去掉频率分量并恢复成原始采样波形，经LM386功率放大器放大，然后经过变压器耦合到GSM模块上发送给用户或接收用户发出的模拟指令，实现与用户的人机对话，或驱动控制系统配置的扬声器发音。

　　１.５电力线载波

　　电力线载波PLCC（Power Line CarrierCommunication）是电力系统特有的基本通信方式，是指利用现有电网低压电力线，通过电力线调制器以载波的方式将数据、语音、图像等模拟或数字信号加载于电力线进行高速传输，再由接受信息的调制解调器（俗称电力猫）把信号从电流中解调出来，并传送到终端设备，以实现信息传递的技术。采用PLCC通信技术具有信息传输稳定可靠，路由合理，可同时复用信号，不再需要投入铺设控制线路资金，将原来房间中的电源插座变为信息插座等特点。把电力线通信技术、网络、微控制器结合起来，使电力线和信号线的功能合二为一，把分布在住宅各个角落的微控制器和家电设施连成一个网络，是在现有住宅电力线路布线的基础上推进家庭自动化的最现实和经济的途径。

　　电力线载波局端在主机内与MCU2进行串行通信，接受控制指令并向主机反馈控制对象的工作状态。该模块集成了所有载波收发电路，为实现与被控对象之间的通信，仅需外接配套供应的耦合线圈及隔离高压电容，就可以方便地组成完整的电力载波应用系统，即将MCU2发出的控制信号调制到220V电力线上和解调出电力线上的反馈信号传入MCU2。

　　在各个电力线载波终端上，均内置有增强型8位处理器，其内核是全面兼容51指令集的多级流水线指令架构MCU，同时提供对程序存储器的在系统编程能力，方便开发人员反复编程调试．

　　在每个终端上还内嵌有显示各终端控制设施的工作状态的LCD驱动电路。终端模块内嵌了载波防冲突机制，允许多套载波设备同时收发数据。正是采用了这种大规模集成模块，控制系统具有低成本、低功耗、多功能、高可靠性等传统系统所无法比拟的优势。