CN202143088U - 智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本设计为一种带显示和时间的室内控制系统，该系统通过把红外控制和智能编程控制结合到一起完成所有室内家用电器的控制。本设计的遥控设备同样可代替电视机，空调等本身的遥控器实现一些常用控制。本设计可以让人们在原地不动的情况下控制所有室内电器，并可以实时的观察各个用电器的工作情况。本设计具有时间功能，其遥控设备和显示设备的数据能一键同步，大大方便了人们的生活。

Description

智能家居系统

技术领域

本系统是以数字信号处理为基础的控制系统，其不同部分之间的数据无线传送途径是以红外为基础的。室内模拟信号转化为可视的数字信号是以数字信号和模拟信号转化为基础(即数模/模数转换)。本系统可以与计算机可构成上下位机，适时更新升级功能。 

背景技术

现代社会人们越来越追求方便舒适。可为了开一下室内灯要跑到开关那里，半夜为了确定一下客厅或者门口的灯是否已经关闭也要跑到现场。看电视时开空调要换遥控器等等这些，都是影响人们舒适方便生活的众多因素。大多数人在家里都不会随身携带手表，要看时间的话还要另外找设备，或是手机，或是电视时间，有的家庭意识到了这些而配置了挂壁数字钟，可是如果挂壁时间需要调整时，人们又要跑到挂表下面，踮着脚尖按那些小小的按钮，这些让人们的舒适生活大大打了折扣。本系统就是为了解决这些问题，方便人们的生活而设计。本系统能适时显示室内所有电器的工作情况，及室内空气温度的情况。本系统有三重开关设计，任何一个都能完成室内电器的控制，即使同时坏了两个开关仍能保证人们正常的生活控制。及时的维修又能让人们及时回到那种舒适的生活。挂表除了显示时间外，还可以作为室内电器工作情况的显示屏，挂表时间及数据和控制器数据能一键双向同步，大大方便了人们的生活。 

发明内容

本系统大致可分为三个模块，控制信号及数字信号发送模块，控制信号和数字信号接收并处理模块，显示模块。其中前两大模块因为其相互之间有同步功能，故各部分功能都是双向的，即同时都可以发送和接收处理数字信号。 

控制信号及数字信号发送模块为一手持红外遥控器，其上集成了指示灯和显示器。指示灯显示遥控器当前处于何种工作模式，分别是电视，空调等本身就有遥控器的电器控制模式，还有就是本系统通过一系列继电器控制的室内电器控制模式。显示器能显示当前时间及室内电器工作状态和室内空气温度湿度等信息。 

本模块的主体控制芯片为AT89S52等同系列微处理器。AT89S52是CMOS工艺的8位微控制器，其具有低功耗，高性能的特点。其内部有8K的可编程FLASH存储器，256字节的RAM。本设计用24M的晶振为芯片提供工作振荡频率，芯片处理指令速度可达百万条每秒。其快速的处理速度及8K的程序空间，可存储处理功能强大的程序，并便于以后程序及 功能的升级，芯片程序来回擦写周期可达1000次以上，保证了升级的次数。芯片含有32个可编程的I/O口，这里都运用到设计中。其中8个作为显示器的双向数据总线接口，3个作为显示器的控制信号接口。13个作为遥控器按键的接口。5个作为指示灯显示接口。1个作为接收接口。1个作为发射器的编码信号接口。1个作为定时闹钟的指示灯接口。 

指示灯用来显示当前遥控器工作模式，显示器用来显示时间及由显示模块同步过来的相关数据，13个按键分别对应着不同的功能，有些具有组合功能，后面会详细解释。接收接口用来接收由显示模块同步过来的数据，发射接口用来发射有单个按键或组合键产生的指令或数据。需要发送的数据或指令通过编码引脚作用于38K的红外基波，对其编码，在通过放大器将编码后的信号放大送于红外发射管发射出去。 

编码过程用到了芯片74LS系列与非门。38K的基波由专用的38K晶振组成的波形发生模块产生，相比直接由芯片产生基波减少了主控芯片的工作压力。使微控制器有更多时间处理其他指令。 

本遥控器的接收部分用红外接收头作接收并解码，将解码的信号送于处理器的接收端口，处理器根据接收端收到的信号做出相应的处理。发射部分主要由红外发射二极管，放大器和编码电路组成。显示部分有一个1602液晶和若干发光二级管组成。 

本设计的控制信号和数字信号接收并处理模块主要处理由遥控器发射来的各类信号。并在遥控器请求同步时将自身数据发送出去。 

本模块的主控芯片和遥控器相同，也是AT89S52系列芯片。本芯片的I/O口有5个作为按键接口，主要用来调时。8个作为数码管的数据接口同时可以作为模数转换器的接口，5个于74LS系列译码器相连，其配合作用来显示数据。(模数转换芯片是多路的模数转换芯片可以获得多种模拟量的数据，可作为拓展功能)2个分别作为发射和接收接口。一个作为闹钟闹铃的接口。剩余的端口都可以用来作为控制继电器的接口，其作用是通过控制继电器来实现控制室内电器的开关。所有继电器都为双开关继电器，分常开和常闭接口，在常开接口处并联一个开关，作为第二开关，常开接口所在电路在串联一个开关，作为第三开关，这就是三重开关设计。具体工作原理后文有详细解释。 

本模块的发射和接受部分与遥控器相同。不再一一说明。 

本设计的显示模块主要由多个数码管组成，可以显示时间，日期，闹钟，温度等数据。本模块也有各个电器的工作情况显示，其显示是通过与继电器相连的二极管组成，二极管具有亮度高，功耗低等特点，作为提醒显示具有节能省电的优点。 

附图说明

以下根据说明书附图详细介绍其工作原理 

附图1为各模块相互关联图。 

附图2发射遥控器部分原理图。 

附图3为接收模块部分和显示部分原理图。 

附图4为三重开关原理图。 

附图5为遥控器外形图。 

由附图1所示： 

遥控器(即控制信号及数字信号的发送模块)采取动作，遥控器本身会有所显示同时把操作的控制信号以红外方式发射出去，控制模块(即控制信号及数字信号接收并处理模块)收到相应信号后采取相应动作，显示模块会显示相应内容，相应的电器也会采取相应动作。 

由附图2所显示： 

本模块为控制信号及数字信号发送模块，图中A为一38K红外基波产生电路，B为编码调制电路，由A产生的基波，和通过11接口产生的信号同时送于B编码调制后经40接口送于放大器放大后再送于红外发射二极管D6。由D6发射出去，这些元件和端口组成了本模块的发送部分。R2为限流电阻。C为该模块的接收电路，由C接收到得数据经10接口送于处理器。C为集成的红外接收头，接收频率为38KHZ。C和其连接的端口组成了本模块的接收部分。所有信号的分析处理均有U1芯片和其内部的程序了完成。 

图中D1-D5为指示灯，代表着遥控器不同的工作模式，它们的阳极并在一起，通过一上拉电阻R1于电源正极相连。 

图中1602为液晶显示器，其8个数据和命令接口分别于芯片的32-39接口相连。3个控制接口分别于芯片的1～3接口相连。此部分即为该模块的显示部分。 

图中K1-K13左端全部接地，右端与主控芯片相连。K1接12接口。K2接14接口，K3接15接口，K4接16接口，K5接17接口。K6接25接口，K7接26接口，K8接27接口，K9接28接口。K10接7接口，K11接8接口。K12接4接口，K13接13接口。 

K1为遥控器工作模式选择按键，根据按下的次数，遥控器分别会工作于电视机控制，空调控制，室内灯控制，设置，同步等模式。同时相应的指示灯会亮，以表示当前工作模式。1602作为遥控器显示器，分有背光和无背光两种，有背光较耗电，本设计采用有背光液晶，背光电源加了个开关，夜间需要看时间时可以打开，其他时间可以不开背光灯。 

由附图3所示： 

此部分为控制信号和数字信号接收并处理模块和显示模块。信号接收并处理模块也包含信号 发射部分，接收部分，处理部分，并与图2中的个相应部分完全相同。图3中的数码管和几个发光二级管组成了显示模块，显示内容均有芯片U1控制。K1到K5的左端都直接接地，右端分别于芯片的相应的接口相连。 

K1接12接口，K2接14端口，K3接15接口，K4接16端口，K5接17端口。数码管为显示模块组成部分，其与控制信号和数字信号接收并处理模块是直接相连的，显示部分由多个数码管和二极管组成，数码管的位置可以根据个人喜好按不同顺序排放，译码器是为了扩展数码管接口加上的，两个3线8线的可扩展成4线16线的，可以扩展出16个数码管，当需要显示更多数字信息时可以再适当扩展。喇叭是接在闹钟接口的，用来发声。二极管是用来显示室内设备工作情况的，部分相应的位及表示电器设备以标出。二极管处并联有继电器，同时控制着相应的电器设备。R1为限流电阻。VCC表示接电源正极。GND表示接电源负极。 

由附图4所示： 

Ka是串联在电器电路中的开关，Kb是并联在继电器开关两端的开关，Kc是继电器开关。正常情况下Ka一直闭合，Kb一直断开。 

Kc由芯片控制着开合，当芯片出现故障，无非导致Kc三种结果：Kc常开，Kc常闭，Kc开关不定。当导致Kc常开时，此时Kb可以作为控制电器的开关。当Kc常闭时，此时Ka可以作为控制电器的开关。当Kc开关不定时，此时关闭Kb，Ka可以作为控制电器的开关。所以，此设计即使在控制系统出现故障时仍能保证室内电器正常使用。 

具体实施方式 

附图2各键功能： 

不按K1，遥控器工作在一模式下，仅显示时间等信息，不起任何控制作用，没有指示灯亮。 

按一下K1，遥控器工作于电视机控制模式。 

累计按两下K1，遥控器工作于空调控制模式。 

累计按三下K1，遥控器工作于室内灯控制模式。 

累计按四下K1，遥控器工作于设置模式。 

累计按五下K1，遥控器工作于同步模式。 

累计按六下K1，遥控器回到原始状态，仅显示时间等信息。 

当工作于电视机控制模式时： 

电视指示灯亮，本模式下，除了K13用遥控器自身的编码方式并由本设计的控制信号和数字 信号接收并处理模块做接收器外，其他按键均采用模拟编码的方式，即模拟电视遥控器相应按键的发射波形，并由电视机作为接收设备。 

K2(上)功能为节目加。 

K3(下)功能为节目减。 

K4(左)功能为音量减。 

K5(右)功能为音量加。 

K12功能为待机。 

K13通过控制继电器切断电视电源。其他的按键可以根据个人爱好由程序控制为电视遥控器上的其他相应功能键。 

当工作于空调控制模式时： 

空调指示灯亮，同样，K2至K9模拟空调遥控器相应按键的发射波形以达到控制空调的目的。K12和K13同样起着待机和开关作用。 

当工作在室内灯控制模式时： 

电器控制指示灯亮，此时所有按键均采用遥控器自身的编码方式，接收端是本设计的控制信号和数字信号接收并处理模块。此时除K1外，其他所有的按键均可以根据个人习惯由程序设置为控制相应的电器设备。 

当工作在设置模式时： 

此时遥控器可以任意调节自己的时间日期，具体如下： 

连按四下K1，进入设置模式，此时液晶显示器会提示是要调节时间还是日期。上下键为选择键，右键为确认选择，按下右键就会进入调时或调日期功能，此时上下键分别为加减功能，左右键为选择所要调节的位，调时时有8个位可以调，两个小时位，两个分钟位，两个闹钟小时位，两个闹钟分钟位。调日期时有六个位可调，分别是年份后两位，月份两位，日期两个位。设置完成后再按一下K1即可进入同步模式。 

当工作在同步模式时： 

同步指示灯亮，此模式下仅有K10，和K11可以工作，当按下K10时，遥控器将自身数据同步到控制信号和数字信号接收并处理模块并在显示模块中显示。当按下K11时，遥控器向控制信号和数字信号接收并处理模块发送同步请求，控制信号和数字信号接收并处理模块收到请求后便会将自身的数据发送到遥控器中，使遥控器被同步。此功能大大方便了人们调时和查看室内设备。再按一下K1，遥控器回到最初状态。 

附图3中各键功能： 

K1按下时，此模块处于调时模式，左右选择需要调节的数码管，当选中时，该位数码管闪烁，上下键为加减按钮。当调时完成时再按一下K1，此模块就回到正常模式，显示时间，等待并接受遥控器的信号。 

数码管为显示模块组成部分，其与控制信号和数字信号接收并处理模块是直接相连的，显示部分由多个数码管和二极管组成，数码管的位置可以根据个人喜好按不同顺序排放，译码器是为了扩展数码管接口加上的，两个3线8线的可扩展成4线16线的，可以扩展出16个数码管，当需要显示更多数字信息时可以再适当扩展。喇叭是接在闹钟接口的，用来发声。二极管是用来显示室内设备工作情况的，部分相应的位及表示电器设备以标出。二极管处并联有继电器，同时控制着相应的电器设备。R1为限流电阻。VCC表示接电源正极。GNG表示接电源负极。 

由附图四所示： 

Ka是串联在电器电路中的开关，Kb是并联在继电器开关两端的开关，Kc是继电器开关。正常情况下Ka一直闭合，Kb一直断开。

Kc由芯片控制着开合，当芯片出现故障，无非导致Kc三种结果：Kc常开，Kc常闭，Kc开关不定。当导致Kc常开时，此时Kb可以作为控制电器的开关。当Kc常闭时，此时Ka可以作为控制电器的开关。当Kc开关不定时，此时关闭Kb,Ka可以作为控制电器的开关。所以，此设计即使在控制系统出现故障时仍能保证室内电器正常使用。  

Claims (8)

1.一种带显示和时间的室内控制系统，其特征是包括控制信号及数字信号发送模块，控制信号和数字信号接收并处理模块和显示模块。

2.根据权利要求1所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是控制信号及数字信号发送模块同时有信号发送部分，接收部分，处理部分和显示部分。

3.根据权利要求2所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是所述信号发送部分由一红外发射二极管组成，发射频率为38Khz。

4.根据权利要求2所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是所述处理部分由一个8位可编程的单片机及外围电路组成。

5.根据权利要求2所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是所述显示部分由一个1602液晶和若干发光二极管组成。

6.根据权利要求1所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是控制信号和数字信号接收并处理模块同时有信号接收部分，发送部分和处理部分。

7.根据权利要求6所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是所述信号接收部分由一红外接收头组成，接收频率为38Khz。

8.根据权利要求1所述的带显示和时间的室内控制系统，其特征是显示模块有多个数码管和发光二极管组成，其数量均可以根据需要扩展。

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