CN102843478A - 一种智能家居远程控制系统 - Google Patents

Abstract

一种智能家居远程控制系统：此系统属于单片机应用系统。本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，其特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。而把单片机面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。

Description

一种智能家居远程控制系统

技术领域

本发明涉及一种智能家居远程控制系统。此系统可以使得人们可以通过手机或电话在任何时候、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。

背景技术

21世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，Alexander Graham Bell(贝尔)发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速，近十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，2006年初固定电话用户总数达到35539.2万户，移动电话用户达到40407.2万户，现代电话网络是由程控交换机进行交换传输，移动通信也从模拟时代走向了高度数字化时代，它们的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。

正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。

随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。

电话远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。另外电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控部分课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。而且本设计的调试都是在线调试，已经在电信、铁通的交换机实验并且能够成功的使用移动电话进行操作。

短信息服务(Short Message Service，SMS)是GSM(Global System forMobile Comm unication)系统中提供的一种GSM终端(手机)之间，通过服务中心(service center)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。同时，他对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。在此以GSM网络作为数据无线传输网络，它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护(如移动通信基站、微波站、光纤中继站等)及其他无人值守点(如仓库、办公楼等)监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统、电力系统城市中电网等情况中。在此本系统采用了Siemens公司新一代无线通信GSM模块TC35是，它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。

发明内容

针对以上的情况，本发明的目的是一种智能家居远程控制系统，目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。

本系统主要由利SM8952AC25P、MT8870、TC35 modem和各类家居传感器设计制作一款智能家居控制系统。

此系统主要由数据采集与数据分析部分、电话交换网程控交换信令识别与分析部分、GSM模块TC35 modem接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集与数据分析部分和电话交换网程控交换信令识别需要作实时处理；GSM模块TC35modem接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和电话交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。

此系统分为主控单片机、远程控制、短信息发送、红外学习遥控部分程序。(1).主控单元部分由于任务多、对可靠性的要求高，本系统的主控部分软件设计为分时操作系统控制，采用RTX51 Tiny版操作系统。作为嵌入式系统主控单元的单片机，其软件一般是一个微观的实时操作系统，是为某种应用而专门设计的。系统程序有实时过程控制或实时信息处理的能力，要求能够及时响应随机发生的外部事件并对该事件做出快速处理。分时操作系统是把CPU的时间划分成长短基本相同的时间区间，即“时间片”，通过操作系统的管理，把这些时间片依次轮流地分配给各个用户使用。如果某个作业在时间片结束之前，整个任务还没有完成，那么该作业就被暂停下来，放弃CPU，等待下一轮循环再继续做。此时CPU又分配给另一个作业去使用。由于计算机的处理速度很快，只要时间片的间隔取得适当，那么一个用户作业从用完分配给它的一个时间片到获得下一个CPU时间片，中间有所“停顿”；但用户察觉不出来，好像整个系统全由它“独占”似的。分时操作系统主要具有以下3个特点：①多路性。用户通过各自的终端，可以同时使用一个系统。②及时性。用户提出的各种要求，能在较短或可容忍的时间内得到响应和处理。③独占性。在分时系统中，虽然允许多个用户同时使用一个CPU，但用户之间操作独立，互不干涉。RTX51 Tiny可以配置成使用round-robin多任务。Round-robinp容许quasi-parallel执行多任务。任务并不是连续执行的，而是分时间片执行的(本系统采用10毫秒作为时间片，由RTX51 Tiny把时间片分配给各个任务)。由于时间片的时间很短，因此任务看起来像连续执行一样。

在本系统中RTX51 Tiny首先执行信号采集job0的任务0。本函数创建了另一个任务报警分析job1。信号采集执行完它的时间片后，RTX51 Tiny开始执行报警分析job1，这个函数又创建了另一个任务短信发送job2。如此类推，最后执行完它的时间片后，RTX51 Tiny又返回到job0开始执行。然后再切换到job1，如此循环。

(2).远程控制软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、信号音提示等部分。

(3).短信息发送主要：TC35模块支持8位数据位，无奇偶校验位，位停止位数据传输。传输速率可以在4.8kbit/s到115kbit/s间自适应。对TC35模块控制，IGT信号非常地重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35模块正常地运行。IGT的下降沿启动TC35，并且IGT的低电平应该至少保持100ms。

单片机对TC35模块的控制TC35模块采用AT贺氏指令。单片机可以通过正确的AT指令对TC35模块进行初始化和短消息的接收发送。对短消息的控制共有三种模式：Block模式！PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文，因此本系统使用PDU模式进行短消息的发送。单片机通过以下系列AT指令对短消息进行控制。

TC35初始化：首先设置短消息发送格式AT+CMGF＝1<CR>，设置1代表PDU模式，<CR>是回车符号，也就是0x0d。指令正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>，<CRLF>是回车换行符号。其次设置短消息中心AT+CSCA＝d+8613800531500d(短消息中心)<CR>，设置正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>。注意短消息中心号码可能会因不同手机或不同区域而不同。如果读取短消息服务中心则使用命令AT+CSCA＝？<CR>，模块应该返回<CRLF>+CSCA:d8613800531500d<CRLF>。最后设置短消息到达自动提示AT+CNMI＝1，1，0，0，1<CR>，设置正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>。设置此命令可使模块在短消息到达后向单片机发送指令<CRLF>+CMTI:dSMd，IN2DEX(信息存储位置)<CRLF>。

发送短消息在PDU模式，如果发送短消息，则首先发送短消息数据的长度。AT+CMGS＝<length><CR>。等待TC35模块返回ASCII字符/＞0，则可以将PDU数据输入，PDU数据以<Z>(也就是0x1a)作为结束符。短消息发送成功，模块返回<CRLF>OK<CRLF>。发送数据格式例如，需要发送汉字“一氧化碳的浓度超标，排气扇已打开”到手机13878305396，则首先发送数据串AT+CMGS＝19<CR>，然后等待ASCII字符/＞0，然后输入PDU数据。

(4).红外学习遥控主要是通过对红外二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控的波形信息，进而实现存储、还原。根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别(也叫解码过程)是去除38KHz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。红外接收头的解调信号送到INT0引脚，由内部定时器完成高低电平长度的采集，然后进行数据保存，由单片机进行高电平与低电平的宽度的测量。遥控信号的还原是通过P1.0(T2)输出二进制已调脉冲。对遥控信号还原的调制在单片机的内部进行，利用了定时器2的捕获工作方式，定时器2是一个16位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载(向上或向下计数)方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择，在捕获方式下，通过T2CON控制位EXEN2来选择两种方式。如果EXEN2＝0，定时器2是一个16位定时器或计数器，计数溢出时，对T2CON的溢出标志TF2置位，同时激活中断。如查EXEN2＝1，定时器2完成相同的操作，而当T2EX引脚外部输入信号发生1至0负跳变时，也出现TH2和TL2中的值分别被捕获到RCAP2H和RCAP2L中。另外，T2EX引脚信号的跳变使得T2CON中的EXF2置位，与TF2相仿，EXF2也会活中断。本系统正是利用了捕获方式的RCAP2H和RCAP2L自动重装载，产生38K调制信号，准备还原的0，1信号的调制通过TF2标志进行调制，该方案不仅合理的利用硬件资源，而且还提高了系统的可靠性。

Claims (2)

1.一种智能家居远程控制系统：系统控制器由MT8870接收远端发送来的DTMF信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。电话远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、复位功能。为了符合智能化要求，系统采用SM8952AC25P作为中央处理器。同时，电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。

该系统主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元(SM8952AC25P)、控制电路、电源电路等组成。

此系统完成整个控制主要由以下步骤：

(1)通过电话网对异地的电器实现控制(开/关)。

(2)控制器可以实现自动模拟摘挂机。

(3)控制器设置密码校验。

2.根据权利要求1的智能家居远程控制方法，主要由本设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。