智能家居控制系统的设计与实现 [2009-03-18 06:41] ;;; 摘要：介绍了以PC（个人计算</A>机）、MCU（单片机AT89C52）、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心，通过现有的电话网络</A>终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统，给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法</A>。;;; 关键词：远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化２１世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化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；也可以在下班途中，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鼠标，或者打一个简单的电话。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</A>的家居生活是</A>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，对家里的电器、灯光、电源、家庭进行方便地控制，使人们尽享高科技</A>带来的简便而时尚的现代</A>生活。１系统的总体结构及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人）连入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并通过自己的ＰＳＴＮ�公用电话交换网 接口电路连入ＰＳＴＮ。其结构图如图１所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。该系统正常工作时，用户可以通过screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＰＳＴＮ两种网络进行访问，当通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过ＰＳＴＮ访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图２所示。２系统的硬件构成本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路组成，如图３所示。系统分机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图４所示。通过系统主机的各种接口电路可将主机ＣＰＵ从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。２．１ ｎＲＦ４０１ 无线数据传输电路无线数据传输电路由Ｎｏｒｄｉｃ公司的单片ＵＨＦ无线数据收发芯片ｎＲＦ４０１及其外围电路构成。ｎＲＦ４０１采用ＦＳＫ调制解调技术，其工作效率可达２０ｋｂｉｔ／ｓ，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用ＰＣＢ来实现。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>;;; ２．２ 看门狗电路看门狗电路由ＭＡＸ８１３Ｌ及其外围元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给Ｐ１．５送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由ＭＡＸ８１３Ｌ使单片机复位。２．３ ＤＳ１３０７时钟接口电路ＤＳ１３０７时钟芯片是美国ＤＡＬＬＡＳ公司生产的Ｉ２Ｃ总线接口实时时钟芯片。ＤＳ１３０７可以独立于ＣＰＵ工作，它不受晶振和电容等的影响</A>，并且计时准确，月积累误差一般小于１０秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便ＣＰＵ根据需要对其进行读出或写入。由于单片机ＡＴ８９Ｃ５２没有Ｉ２Ｃ总线接口，因此，要驱动ＤＳ１３０７，就必须采用单主机方式下的Ｉ２Ｃ总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根Ｉ／Ｏ口线来虚拟Ｉ２Ｃ总线接口。Ｉ２Ｃ总线上的主器件（单片机）可在时钟线（ＳＤＬ）上产生时钟脉冲，在数据线（ＳＤＡ）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，ＤＳ１３０７作为Ｉ２Ｃ总线的从器件。Ｉ２Ｃ总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。２．４ ＭＴ８８８０Ｃ双音频编解码电路由于单片机是通过ＭＴ８８８０Ｃ芯片得到ＰＳＴＮ网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自ＰＳＴＮ网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用ＭＴ８８８０Ｃ的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到ＰＳＴＮ网络，从而把损失减少到最低。２．５ ＩＳＤ４００４语音录放电路ＩＳＤ４００４是美国ＩＳＤ公司生产的一种语音录放芯片。它可录制８～１６分钟的语音信号。该芯片可提供ＳＰＩ标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ＩＳＤ４００４和单片机编程控制来构系统与ＰＳＴＮ网络用户的语音平台。由于ＩＳＤ４００４的ＩＮＴ和ＲＡＣ脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>２．６ ＭＡＸ２０２串行通讯电路通讯电路可由串行通讯专用芯片ＭＡＸ２０２组成，通过此电路可以方便地与ＰＣ机进行串行通讯。２．７ 铃流检测与摘挂机控制电路当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为２５±３Ｖ的正弦波，失真小于１０％，电压有效值为９０±１５Ｖ。振铃信号以５秒为周期，即１秒送，４秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经ＲＣ回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器１进行计数，以实现对铃流的检测。由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约３０ｍＡ），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的Ｐ１．７来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约３００Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。
３系统软件编制本系统软件主要由系统主机和系统分机的Ｃ５１程序和系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络</A>通讯程序组成。３．１ 系统主机程序的编制系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断１、外部中断０和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清０并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图５所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>３．２ 系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通讯程序的编制这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络完成用户的控制功能。服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Ｓｏｃｋｅｔ与客户端进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通讯。客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。４结论本系统充分利用了现有的网络资源。通过在实际电话网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络中的试运行证明：该系统能够达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用</A>。
一、室内绿洲追求自然文化的特色体现
在室内环境设计中,依照各个层面人群的精神需求而运用着诸多的表现风格来进行装潢装饰。钢筋水泥构筑的楼宇把城市人群与优美的大自然隔离,但人们对于自然的向往,对绿色的依恋之情,也在人类与自然界越来越疏远的同时变得越来越强烈,并一直在追求着人、物、景融为一体,追寻让建筑空间带入自然和谐共生的梦想。譬如在居室中庭设计上应用人造池水、植物和灯光来体现荷花池的光影追逐,找寻空间与自然景观的共生之道,找回人与自然那种和谐的状态。有的设计带有浓厚现代性及有机性的性格,运用环境装置的艺术手法,传达人们对自然文化的认同,强调绿色空间的情调,呈现出自然文化的现代风貌。还有在设计中采取完全贴近自然的室内绿洲,利用天然材料:高大的树木饰林,天然石板铺设石板路,嵌入原始的自然山石之内,吮势延伸引退,层次错落的功能房屋,仿佛生长与此。一人高的树木为墙,欲迎还拒地保留了空间的秘密性。而阳光顶、瀑布、树木、岩石与青山之间的那种“原生态”的感觉,就是人们对自然文化的最佳诠释。当人们进入到这样的空间仿佛有一种驾照自然的感觉
二、室内绿洲与自然文化的融合与提升
作为室内外环境设计师,首先应了解和掌握现代人的心理需求和现在自然形态、生态环境的变化而达到的客观事实。进行一种可借助自然文化的力量,有机的创新能力,去再创造设计。所创造出的绿色空间,将带有生态景观的特色。自然文化与艺术设计相融合与提升,运用美学规律使现代的空间环境与自然文化和谐共生及协调发展,让人们对大自然的依恋,对大自然亲近的需求心理得以满足,同时也提醒人们对生态环境保护的意识和责任。目前,现代空间环境自然生态化的人性设计,自然文化生态景观方面的建设日趋发展,人们可以享有一个清新自然、恬静和谐的环境,在繁重的工作压力、精神极度紧张的状态得以释放和缓解。社会比比皆是的“自然生态”、“都市绿洲”的商业服务,向人们提供了自然文化,生态环境等优美的绿色空间。然而,这些自然的景色不是真正意义上的自然,是室内设计师对自然界的再利用,再创造。要在室内设计中营造、完成所需要的浓缩的自然景观和生态,这对自然的取与舍,实际上是人类对自然所进行的艺术提升,是人类文明与智慧的体现,决不是单纯模拟自然的行为。每一个国家、民族乃至一个地区的人们对自然的取舍态度都有着自己的独到见解和处理态度,这样室内绿洲的设计也就呈现出不同的设计手段和设计风格。
三、生态绿洲面向未来的新概念
自然文化博大精深。如要在有限的空间去展现、再创造不同类型的自然景观,我们应以自然为师,贴近自然,尊重自然。去了解自然文化的特点和规律及生态环境的演变与发展,设计中借助利用自然生态的元素,还原自然文化的特征,我角度的艺术再创造,创建出人与自然和谐共生、和谐共享的绿色空间。室内生态绿洲的艺术设计与艺术再创造,首先要寻找创造性的元素,当你有了足够的观察能力审美能力,也就能欣赏所创造出的设计,贴近大自然是我们这一人群共同的性向。贴近自然文化,探索未来空间,创造绿色生态优美环境,应从人性的生态的文化内涵诸多角度去对待和挖掘。从社会文化、人性的精神层面去开发、创造,让自然景观元素发挥其机能,使人们在创造出的自然环境中,有一个健康的身心。用自然文化给予人性的教育,来增强人类对自然的依恋,对自然的责任,使人们在对自然生态环境保护上有推动作用。在人类社会进步及科学技术的快速发展时期,人们的生活方式思维观念,生活、工作空间也在不断的改变,人们在生理和心理寻找着需求满足。有紧张工作,必有放松休息;有高耸林立的建筑,必有自然绿色空间,即为所需。为此,室内的绿色设计应为人性化,以人为本作为主导思想,了解不同工作类型人群,不同生活习惯,不同文化层面及人们对自然文化需求的共性,从而建立起各自所需、理想的室内生态绿洲。家庭空间、办公空间、娱乐空间、休闲空间的都有着不同的绿色需求。在营造室内生态绿洲同时需考虑到植物与人体生理的关系,选择合适的植物、石材、木材、水等到材料。通过巧妙的设计制做,形成回归自然的真实感受,达到室内生态绿洲的目的和效果。
绿色空间满足着人们享受生活的渴求,绿色、自然的人性化空间环境正在蓬勃发展。面对未来,人们对绿色空间有着全新的概念,那就是追寻自然,回归自然。在我们生活工作的空间里,去寻求自然文化对我们的关怀,答复大自然对人类所提出的一切要求,去品味和体验大自然赋予我们的快乐和健康。
先写点历史，再分析家具的风格、材料等，然后展望未来发展趋势。当然都要写和设计有关系的
