近年來，計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和信息化程度的不斷提高，為智能家居系統(tǒng)的研究與開發(fā)提供了堅實的技術(shù)平臺。通常把智能家居定義為一個整體，即利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺，將與家居生活相關(guān)的各個部分有機結(jié)合成一個特殊的集成系統(tǒng)。伴隨著智能家居功能的不斷細(xì)化，其概念逐步得到延伸，更多地考慮到了居民對住宅環(huán)境性能的要求。因此，現(xiàn)階段的智能家居系統(tǒng)已從原先以智能化為重心的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€具備以下條件的集成系統(tǒng)：首先，要在家居中建立一個通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對所有家電和設(shè)備的控制與監(jiān)測；其次，所有家電和設(shè)備都要通過一定的媒介平臺，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實現(xiàn)與外部世界的信息交流，滿足遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測和交換信息的需求；zui后，要滿足人們對家居安全、舒適、方便、和環(huán)境保護的需求。
智能家居系統(tǒng)的控制命令與信息的傳輸可以通過2種途徑實現(xiàn)：無線傳輸方式和有線傳輸方式。隨著經(jīng)濟實力的日益增長，高速、可靠的公共網(wǎng)絡(luò)（pstn）已經(jīng)覆蓋了絕大多數(shù)的地區(qū)和家庭，線上的雙音多頻（dtmf）信號除了用于建立通話連接外，也可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信，且具有較強的抗*力，所以利用公話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家居設(shè)施的控制在技術(shù)上是*可行的。與采用無線通信方式相比，采用公話網(wǎng)不需進行專門的布線，也不占用無線電頻率資源，基本上沒有電磁污染，也無需大量的額外投資；而與采用有線ip網(wǎng)絡(luò)（internet）的通信方式相比，采用公話網(wǎng)的通信方式則具有更高的安全性和實時性。因此，基于公用網(wǎng)絡(luò)的智能家居方案在技術(shù)的可行性和成本的經(jīng)濟性等方面具有一定的優(yōu)勢，研究開發(fā)一種基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)具有較大的現(xiàn)實意義。
1、系統(tǒng)的總體研究
1.1系統(tǒng)的功能需求
家居系統(tǒng)的功能需求主要包括舒適宜人的家庭生活空間、家居的安全防護（以下簡稱安防）、家用電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控等內(nèi)容，因此，基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)可以設(shè)置以下功能：
1）窗簾的智能化控制，包括遙控器控制，定時開合控制，光控、雨控等人性化的自動控制等。
2）家居的安全監(jiān)控與報警，主要包括燃?xì)猓簹?、天然氣、液化器）泄漏監(jiān)控，窗幕探測器監(jiān)控，門磁偶合監(jiān)控。
3）家用電器的遠(yuǎn)程控制。在遠(yuǎn)端撥入住宅，延時若干秒后系統(tǒng)自動接通，用戶首先輸入密碼，然后再輸入操作指令，即可對家用電器設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制。操作過程中將給出必要的語音提示。
1.2系統(tǒng)的總體方案
根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)置，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的特點與要求，可將整個系統(tǒng)劃分為環(huán)境與安防檢測、控制，以及設(shè)備驅(qū)動等三大部分。環(huán)境與安防檢測部分由光照、雨水、燃?xì)鈾z測器及窗幕、門磁探測器等傳感檢測器組成?？刂撇糠种饕芍骺啬K（也稱主控板）和安防報警與家電控制模塊（也稱報警與控制板）構(gòu)成，其中主控板負(fù)責(zé)智能窗簾的控制和安防報警信號的采集。報警與控制板完成自動撥號、報警、提示語音的錄放，以及和家電控制操作碼（密碼與指令碼）的存儲、查詢與修改。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)力求使用性價比高的電路芯片實現(xiàn)各項功能，經(jīng)過技術(shù)分析，主控板和報警與控制板均以mcu（微控制器）為核心，采用atmel公司的at89s52單片機。這種單片機是一種低功耗、高性能的8位微控制器，內(nèi)嵌8k可編程flash存儲器，屬于mcs單片機產(chǎn)品系列，已為眾多嵌入式系統(tǒng)所選用。窗簾遙控器的mcu則采用該系列中貼片式mcs89c2051單片機，以滿足體積與功耗的要求。
2.1主控模塊
主控模塊主要包括mcu及外圍電路、窗簾電機控制電路、窗幕探測（紅外感應(yīng)）處理和燃?xì)鈾z測處理等單元電路，以及mcu與光照、雨水、門磁等傳感器、報警與控制板的接口，如圖2所示。
圖2主控模塊的電路結(jié)構(gòu)
1）mcu及外圍電路。主要包括mcu（89s52）、時鐘電路、isp在線編程電路（com）及遙控器信號接收單元（ir），電路如圖3所示。連接器j4用于接收由環(huán)境監(jiān)測和安防傳感器及處理電路發(fā)送的狀態(tài)信息，j5主要用于向報警與控制板發(fā)送各類報警請求。
圖3mcu及外圍電路
2）電機控制電路。為了實現(xiàn)窗簾的電動控制，選用可正反雙向轉(zhuǎn)動的低速交流同步電機，由市電220v供電。電機轉(zhuǎn)動zui大行程的機械控制裝置與電機一起封裝在窗簾電機盒內(nèi)，安裝時可根據(jù)窗簾的尺寸來設(shè)置。窗簾電機的控制電路如圖4所示。
圖4窗簾電機控制電路
acl和acn分別為ac220v交流電的火線、零線，由mcu的p13和p14端口對繼電器j5和j6進行控制，“1”電平為動作，“0”電平為釋放。j5動作、j6釋放則電機正轉(zhuǎn)；j6動作、j5釋放則電機反轉(zhuǎn)；j5和j6都不動作，則電機不轉(zhuǎn)。
2.2安防報警與遠(yuǎn)程控制模塊
該模塊主要包含mcu及外圍電路、與公話網(wǎng)相連的接口電路、振鈴的檢測電路、信號音的檢測電路、和遠(yuǎn)程控制操作碼的收發(fā)電路、報警和提示語音的錄放電路、lcd顯示電路和鍵盤電路（16鍵）等，如圖5所示。
1）mcu及外圍電路。主要包括mcu、時鐘電路和串行flash存儲器。該存儲器用來預(yù)存報警時自動的（如主人手機、辦公室、110等）和家電遠(yuǎn)程控制的操作碼，選用容量為256字節(jié)的at24c02，采用i2c總線結(jié)構(gòu)與mcu的端口進行連接。
2）接口及振鈴檢測電路。主要包括的摘機電路，音頻偶合變壓器（用于信號音、報警及提示語音、dtmf信號與外線的偶合），以及振鈴檢測電路，如圖6所示。
圖6中sign為音頻偶合變壓器與信號音檢測電路的接口，tone為雙音多頻（dtmf）號碼收發(fā)電路的接口，sp+與sp–為語音播放電路的接口。
摘機電路：由mcu控制繼電器jp1來實現(xiàn)。
當(dāng)mcu的p36端口送出高電平時，三極管q1導(dǎo)通，繼電器jp1動作，jp1的接點7和8與外線相連，并通過r2等元件構(gòu)成摘機回路；當(dāng)p36端口送出低電平時，則摘機回路斷開，回到掛機狀態(tài)。
鈴流檢測電路：用于家電的遠(yuǎn)程控制。振鈴信號是40±15v/25hz的正弦波。當(dāng)該信號到來時，線路上的正弦波信號疊加在直流電壓上變成90±15v電壓，經(jīng)過整流后擊穿穩(wěn)壓管d6再驅(qū)動光電耦合器q2，從q2的c極輸出方波信號送至mcu的int0中斷口，累計振鈴次數(shù)，達(dá)到預(yù)定次數(shù)mcu則控制自動摘機，進行家電的遠(yuǎn)程控制處理。
3）信號音檢測電路。主要由信號音檢測芯片cr6230來完成，其信號輸入管腳sign與音頻變壓器的管腳4相連，可準(zhǔn)確識別線路的撥號音、回鈴音、忙音、催掛音等各種信號音，其狀態(tài)通過4個管腳輸出，再連至mcu的端口。mcu只需讀取端口即可。
4）號碼和操作碼的收發(fā)電路。主要完成的發(fā)送（撥號）及遠(yuǎn)程控制操作碼的接收（收號）。由于公共網(wǎng)上的號碼與信令都是以dtmf制式來傳輸?shù)?，所以決定采用mi公司的dtmf收發(fā)集成電路mt8880，如圖7所示。該元件的dtmf信號的輸入（in-）/輸出（tone）端通過外圍放大電路與音頻變壓器的第2管腳相連，號碼的二進制數(shù)據(jù)通過管腳d3、d2、d1、d0與mcu的i/o端口相連，從而使撥號號碼的dtmf信號可上傳到線路，遠(yuǎn)端送到線路上的dtmf信號也可被譯碼成遠(yuǎn)程控制操作碼由mcu讀取。
圖7dtmf信號的收發(fā)電路
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件程序包括主控程序，安防監(jiān)控報警程序，定時、紅外遙控信號的接收程序，振鈴、撥號、收號等中斷處理程序，家電遠(yuǎn)程控制程序，以及遙控器的信號發(fā)射程序等，主要采用c語言設(shè)計。由于篇幅所限，這里只給出主控程序和報警程序的設(shè)計思路和處理流程。
3.1主控程序的設(shè)計
主控程序裝載于主控板的mcu芯片的flash存儲器中，主要功能是完成以下功能：單片機的初始化，接收和處理遙控器發(fā)送的窗簾控制命令；在定時中斷程序的配合下進行窗簾的定時開合的控制；掃描紅外感應(yīng)、燃?xì)鈾z測等傳感器的輸出信號，如有報警，當(dāng)有人在家時（未設(shè)防）播放聲音提示，無人在家時則向報警與控制板發(fā)出請求，再由該板完成撥號報警處理。主控程序的處理流程如圖8所示。
圖8主控程序流程
3.2安防監(jiān)控報警程序的設(shè)計
該程序裝載于報警與控制板的mcu芯片中，振鈴、撥號、收號等中斷處理程序也駐留在該芯片內(nèi)，主要實現(xiàn)循環(huán)撥號、向摘機者播放報警留言語音，以及（及遠(yuǎn)程控制操作碼）的預(yù)存、查詢與更新等功能。程序的處理流程如圖9所示。
圖9安防報警程序流程
4、結(jié)束語
通過近1年的工作，基于公話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)已完成了樣品的研制，經(jīng)試用檢測，基本上實現(xiàn)了設(shè)計的各項功能，具有性能穩(wěn)定、功能齊全、操作簡便、安裝快捷等特點，適用于絕大多數(shù)的家庭和場館大樓，可為廣大公眾提供一個舒適、安全、方便的生活與辦公環(huán)境，具有廣泛的實用價值。