中心議題：
- 智能家居系統(tǒng)控制的工作原理
- 智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
解決方案：
- GSM 通信模塊設(shè)計(jì)
- 紅外無線通信模塊設(shè)計(jì)
- 模擬控制設(shè)計(jì)
- 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)
- 中斷程序設(shè)計(jì)
本文研究和設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于智能家居環(huán)境中的遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)方案,。它將操作指令由GSM 手機(jī)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)傳至家中的值守GSM 模塊，再由該GSM 模塊通過由單片機(jī)控制的紅外無線局域網(wǎng)傳輸紅外信息來控制家電動作,，完成對信息家電的控制意圖，并可將信息家電的信息反饋回來,， 以便進(jìn)行下一步的控制,。系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定,。同時該系統(tǒng)除用于家庭設(shè)備遠(yuǎn)程自動控制外,，也可用于家庭通信、家庭安全防范,，共同組建智能家居控制系統(tǒng),。
1 智能家居系統(tǒng)控制的工作原理
本系統(tǒng)是基于紅外和GSM 網(wǎng)絡(luò)的用于智能家居環(huán)境中的一種遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)。其工作原理為：用戶通過自身的手機(jī)發(fā)出命令短消息,，在家值守的GSM模塊接收到命令后發(fā)送給主機(jī)（單片機(jī)）,，主機(jī)通過對命令的處理，把命令通過紅外傳輸?shù)较鄳?yīng)的分機(jī)（單片機(jī)）上,，分機(jī)對命令處理后,，啟動相應(yīng)設(shè)備，完成用戶給出的命令并向主機(jī)回復(fù)應(yīng)答，主機(jī)收到應(yīng)答后,，通過GSM 模塊發(fā)出回復(fù)短消息,，報(bào)告用戶完成命令。若在規(guī)定的時間內(nèi)（這里定時60s）主機(jī)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息,，即把該操作認(rèn)為無效,，回復(fù)操作無效短消息給用戶手機(jī)，要求用戶重新發(fā)出命令,。若收到的短信息有誤,，主機(jī)便立刻回復(fù)用戶該操作無效，請求重新發(fā)出命令,。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示,。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖
2.1 MCU與GSM 通信模塊
本單片機(jī)通過RS232串行通信接口與GSM 模塊通信，提取GSM 設(shè)備的短信,，發(fā)送相關(guān)的信息,，并通過串行通信接口與紅外模塊相連，利用紅外模塊,，達(dá)到主,、分機(jī)之間的通信，因此,，選用AT89S52芯片,。控制上需要用到兩個串行接口,，但89S52只有一個串口,，故還需要在程序中進(jìn)行模擬串行接口通信。其最簡外部接線電路如圖2所示,。
圖2 AT89S52外部接線
89S52與TC35之間通過異步串行接口進(jìn)行通信,，通信速率為9 600b/s,具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位,、1位停止位,，無奇偶校驗(yàn)。
單片機(jī)啟動后,，便發(fā)出AT+CMGD一2指令,，清除第二存儲空間的數(shù)據(jù)，然后不斷地發(fā)出指令讀取第二存儲空間,。若有數(shù)據(jù),，即表示接收到數(shù)據(jù)，并開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，處理完畢后再把該空間數(shù)據(jù)刪除,。當(dāng)單片機(jī)向手機(jī)發(fā)出短消息時,，單片機(jī)會向GSM 模塊發(fā)出AT、AT+CMGF=0,、AT+CMGS=X一系列的指令,，當(dāng)接收到回復(fù)信息后，最后發(fā)出短消息的內(nèi)容,。
2.2 紅外無線通信模塊
紅外發(fā)送器電路如圖3所示包括38kHz晶體振蕩器,、反相器、與非門,、驅(qū)動門Q1和紅外發(fā)射管D1等部分,。其中38kHz晶體振蕩器、電阻R3和反相器組成脈沖振蕩器,，用以產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號,，紅外發(fā)射管D1選用Vishay公司生產(chǎn)的TSAL6238,用來向外發(fā)射950nm 的紅外光束。
圖3 紅外發(fā)射器電路圖,。
紅外接收器電路如圖4所示,，當(dāng)接收器收到數(shù)位"O"時，Q2管導(dǎo)通,，使得RXD接收到低電平,，收到數(shù)位"1"時，Q2管截至,，RXD接收到高電平,。
圖4 紅外接收器電路圖
2.3 模擬控制
本系統(tǒng)將以不同的電機(jī)做出不同的動作，來模擬說明智能家居對系統(tǒng)控制的響應(yīng),。如圖5所示,，當(dāng)分機(jī)的單片機(jī)收到本機(jī)的地址信息，便提取信息中的數(shù)據(jù),，根據(jù)數(shù)據(jù)的命令,，若把P0.0,P0.1腳置成低電平，其他為高電平,，則Q3,、Q4管導(dǎo)通,，電機(jī)便正向旋轉(zhuǎn),，若把P0.2,P0.3腳置成低電平，其他為高電平,，則Q5,、Q6管導(dǎo)通，電機(jī)便反向旋轉(zhuǎn)（以前一情況為正向時）,。若一臺分機(jī)上連多個電機(jī),，有多臺分機(jī),，便可以實(shí)現(xiàn)在智能家居環(huán)境中對家庭各個設(shè)備的同步控制。
圖5 電機(jī)驅(qū)動電路
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)
主機(jī)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化,，然后不斷地對GSM模塊進(jìn)行掃描查詢,。當(dāng)查詢到GSM 模塊接收到用戶發(fā)送的短信時，便對短信進(jìn)行處理,，提取相關(guān)信息,，然后通過紅外模塊相分機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令數(shù)據(jù)。接著就在一定時間（可根據(jù)用戶需要調(diào)整,，這里設(shè)為60s）內(nèi)等待分機(jī)的回復(fù)信息,。當(dāng)接收到回復(fù)信息或規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到分機(jī)的回復(fù)信息，主機(jī)都返回到掃描查詢狀態(tài),。主機(jī)主程序流程圖如圖6所示,。
圖6 主程序流程圖。
分機(jī)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化,，然后等待接收主機(jī)發(fā)送的命令信息,。接收到命令信息后，從中提取地址和數(shù)據(jù)信息,，若為本分機(jī)地址,，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作出響應(yīng)，同時向主機(jī)發(fā)送確定信息,；若非本分機(jī)地址,，則返回，繼續(xù)等待主機(jī)發(fā)送的命令信息,。分機(jī)主程序流程圖如圖6（b）所示,。
3.2 中斷程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)需要模擬串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，所以需要用上外部中斷來接收數(shù)據(jù),，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院蛯?shí)時性,。每接收一位數(shù)據(jù)，中斷都會響應(yīng)一次,，接收8位為一個有效數(shù)據(jù),，接收8個數(shù)據(jù)為一個數(shù)據(jù)幀。外部中斷流程圖如圖7（a）所示,。
圖7 中斷程序流程框圖,。
為了確保主機(jī)正常工作。加入主機(jī)等待分機(jī)回復(fù)的等待時間,。而為了時間的實(shí)時性和準(zhǔn)確性,，用到單片機(jī)內(nèi)部的定時器1.設(shè)定其工作模式為模式1,初值為Ox4bff（5Oms）。中斷20次為1s,60次循環(huán)為60s,當(dāng)60s到時,，標(biāo)志位置位后返回,。時間中斷流程圖如圖7（b）所示,。
4 結(jié)論
本系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定,。同時本系統(tǒng)除用于家庭設(shè)備遠(yuǎn)程自動控制外,，也可用于家庭通信、家庭安全防范,，共同組建智能家居控制系統(tǒng),。