邓文兵智能家居系统设计与实施.docx

W阙题目：智能家居控制系统的设计与实现专业：电子信息工程技术学生姓名：邓文兵指导教师：侯爱霞毕业设计（论文）任务书学生姓名邓文兵专业电子信息工程技术论文题目智能家居控制系统的设计与实现内容与技术参数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构成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Inteme3通过自己0PSTN公用互换网接口电路连入PSTN规定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，假如不幸出现某种险情,您和11O可以在第一时间获得告知以便深入采用行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统可以在不变化家中任何家电的状况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行以便地控制，使人们尽享高科技带来日勺简便而时尚B现代生活。工作计划L布置任务书，令其查找资料2. 明确课题，让其构思论文3. 7月10号左右，让其交电子文档的草稿4. 8月10号，提交正式电子文档学生（签名）指导教师（签名）毕业设计（论文）成绩评估表学生姓名邓文兵性别男专业电子信息工程技术论文题目智能家居控制系统0设计与实现评价内容详细规定得分论文的标题（10分）不能模糊、空泛，要一目了然，或直接、精确地揭示论文日勺论点，或直接揭示论文的研究课题，使读者一看标题就能理解论文的J基本意思。内容提纲（10分）阐明论文Fl勺重要论点和基本内容。简要扼要，概括性强。目录（10分）简介论文章节的基本内容及便于读者查找阅读文章内容。主体（50分）绪论（10分）绪论：能清晰交代问题背景、选题原因和实际工作的关系。本论（30分）本论：要写得充实，即说理充足，例证充足，逻辑严密，论点明确。结论（10分）结论：能总结研究成果，并作出详细的改善提议。参照文献（20分）懂得参阅他人的研究成果。采用参照文献与否充足和参照文献参照价值的大小，对毕业论文质量的高下起着重要作用。总分（Ioo分）评语及成绩指导教师评语：成绩：指导教师（签字）：评阅人评语：成绩：评阅组长签字：第1章序言错误!未定义书签。1.1系统的总体构造及工作过程错误!未定义书签。第2章系统的硬件构成错误!未定义书签。2.1 nRF401无线数据传播电路错误!未定义书签。2.2 看门狗电路错误!未定义书签。2.3 DS1307时钟接口电路错误!未定义书签。2.4 MT888OC双音频编解码电路错误!未定义书签。2.5 ISD4004语音录放电路错误!未定义书签。2.6 MAX202串行通讯电路错误!未定义书签。2.7 铃流检测与摘挂机控制电路错误!未定义书签。第3章系统软件编制错误!未定义书签。3.1系统主机程序0编制错误!未定义书签。3.2系统与Internet网络通讯程序0¾编制错误!未定义书签。第4章结论错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。摘要二十一世纪是信息化的世纪，多种电信和互联网新技术推进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，或者打一种简朴的o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，假如不幸出现某种险情，您和11O可以在第一时间获得告知以便深入采用行动。舒适、时尚H家居生活是社会进步时标志，智能家居系统可以在不变化家中任何家电的状况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行以便地控制，使人们尽享高科技带来时简便而时尚时现代生活关键词：智能家俱服务器第1章序言二十一世纪是信息化时世纪，多种电信和互联网新技术推进了人类文明日勺巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过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B米饭；而这一切的实现都仅仅是轻轻H点几下鼠标，或者打一种简朴的o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，假如不幸出现某种险情，您和11O可以在第一时间获得告知以便深入采用行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步0标志，智能家居系统可以在不变化家中任何家电B状况下，对家里0电器、灯光、电源、家庭环境进行以便地控制，使人们尽享高科技带来0简便而时尚0现代生活。1.1系统日勺总体构造及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、ImenIet服务器和网络接口等部分构成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet,通过自己的PSTN公用互换网接口电路连入PSTNo其构造图如图IT所示。InternetPSTN系统主机|I本地无线传输网络一,$厂:.系统分机I系统分机-系统分机遇.厂厂不彳I设备1I设落III设备1I图1-1智能家居控制系统的总体构造主机与分机通过无线传播构成星形拓扑构造。系统主机通过当地无线传播网络同系统分机进行通讯、传播控制命令和反馈信息。该系统正常工作时，顾客可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一种界面友好的终端软件,顾客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，本系统将为顾客提供语音操作界面。其工作流程如图1-2所示。待机状态程序初始化I三次振,未接河自动接通播放语音:“欢迎进入X家智能家居控制系统，请按键选择：1.继续呼叫2.语音留言3.远程控制4.语音帮助”播放语音:播放语音：欢迎"请稍等您留言按1开始2结束3重听I振铃N次I#返回到 初始化I录音开始一 录音结束.13放音开野 ,播放语音：1打开空调器, 2关闭空调器,3打开热水器,4关闭热水器,5打开电饭煲,6关闭电饭煲"，2打开空调I I关闭空调按下*或#键播放语音： “请按照语音提示选择 所需功能， 挂机前清 按#键， 健返回至 菜单. ”返回主菜单图1-2智能家居控制系统H勺工作流程第2章系统日勺硬件构成本系统的硬件重要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和多种接口电路构成，如图2-1所示。系统分机由单片机AT89C52和多种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路构成，并由固态继电器控制详细设备，详细硬件构成框图。蹦瞿MAX813L 看门狗电路AT89C52单片机眼小系统MT8880 编解码PSTN IDS1307时钟 L 一芯片接占电路L0计算中解脱出来，以便把重要精一景程爱音m¾F E通过系 统主机的多 种接口电路 可将主机 Cpu从繁忙图2-1接口电路构成力运用在控制和信息传递上。系统主机重要根据各个功能电路B输出成果进行逻辑判断和控制命令B输出。系统分机0¾多种接口电路和主机相似，只是根据设备0不一样（传感器单元）有着细节上0变化。下面重要简介系统主机0多种接口电路。2.1nRF401无线数据传播电路无线数据传播电路由Nordic企业的单片UHF无线数据收发芯片nPF40及其外围电路构成。Npf401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbits,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，因而很轻易用PCB来实现。硬件电路时设计要点如下:（1）射频电路对于电源噪声相称敏感，必须采用星形布线布线的措施使数字部分和RF部分有各自的电源线路，并且应在靠近集成电路电源引脚处分别去耦2。（2）外接VCO电感应选用高频电感，Q>45,精度为2%,本设计采用深圳顺百科技有限企业的LQW18AN22NG00,电感的精度对无线通信的距离有较大0影响，也可使用精度为5%的，但通信距离会大大减小。VCO电感连线应与其他控制线保持一定的距离，应防止数字控制线从电感引脚之间通过，并且应当使VCO电感元件的!中心距离nRF401BVCOl,VCo2引脚焊盘的中心5.4mm左右，电感元件的选择与布局很重要，是设计成败的要点。2.2看门狗电路看门狗电路由MAX813L及其外围元件构成。如图2-2所示。一般，在单片机的工作现场，也许有多种干扰源。这些干扰源也许导致程序跑飞、导致死机或者程序不能正常运行。假如不及时恢复或使系统复位，就轻易导致损失。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Pl.5送入看门狗信号，就可以保证在程行异常时，由MAX813L使单片机复位。电路原理的电路如图所示。晶体管VTl与天线M电容Cl等构成简易多普勒效应传感器（也叫微波探测头），它实质上是一种微波段自激振荡器；VT2和VT3等构成超低频人体移动频响信号放大器；集成电路Al、A3和扬声器B等构成模拟狗叫声发生器；小电珠Hl、H2和VT4等构成随声闪光器；固定式三端集成稳压器A2、电源变压器T、硅全桥QD和滤波电容C5、C12等构成交流电变换器，为电路提供合适的直流电源。接通电源后，天线W向周围空间发射出频率约600MHzB电磁波，其有效覆盖范围是一种半径约8MB圆区域。当有人进入该区域内时，根据电磁波的多普勒效应，人体的反射波就会通过W使VTl日勺自激振荡幅度和频率都发生变化，从而导致C3两端电压发生波动。该波动电压的幅度大小与人体距w的远近成正比，而波动频率与人体活动快慢有关。波动电压经VT放大后，通过C4加到VT30基极，使VT由截止瞬间导通，Al因其触发端TG获得正脉冲触发信号而工作，其输出端OUT输出长约5S09狗吠声电信号，经A3等构成0音频功率放大器（输出功率达4.5W）放大后，推进B持续发出三遍“汪一汪汪”狗叫声来；与此同步,B两端部分音响电信号经限流电阻R14加至VT4发射结，使作为负载的即、H2伴随狗叫声同步闪光。假如Al持续受到触发，则狗叫声就会持续不停，直至一>ozz 来人退出警戒区域或在原地站立不动为止。电路中，R7、VD2和R8、VD3构成两个简易稳压电路，其作用分别是将AI的触发电压和工作电压均限制在容许05V以内。R9是Al日勺外接时钟振荡电阻器，其阻值大小影响狗吠声的速度和音调。C6是音频旁路电容器，重要用于滤去AI输出信号中某些不悦耳B谐波成分，使狗吠声愈加逼真响亮。吠3、ClO用作校正相移，以消除扬声器电图2-2看门狗电路原理图感影响，使之成为纯电阻性。Cl能使小电珠闪光愈加干脆、明亮控制模块负责对无线射频模块状态切换及信道切换的控制，选用华邦单片机W77E58,控制模块的设计分为硬件电路的设计和软件的设计两部分。2.3DS1307时钟接口电路DS1307时钟芯片是美国DALLAS企业生产B¾12C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，并且计时精确，月积累误差一般不大于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。同步还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保留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12C总线接口，因此，要驱动DS1307,就必须采用单主机方式下B12C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线来虚拟12C总线接口。12C总线上B主器件（单片机）可在时钟线上产生时钟脉冲，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播的器件。任何被选中的器件都将被主器件当作是从器件。在这里，DS1307作为12C总线0从器件。12C总线为同步串行数据传播总线，其内部为双向传播电路，端口输出为开漏构造，因此，需加上拉电阻。2. 4MT8880C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，顾客可以根据系统的语音提醒进行按键选择以实现顾客身份时识别与远程控制。因此，运用MT888OC0¾双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将顾客预置的紧急打到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企业生产的一种语音录放芯片。它可录制816分钟的语音信号。该芯片可提供SPl原则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0一种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成本系统与PSTN网络顾客0语音平台。由于ISD40040INT和RAC脚输出为开漏构造，因此需要加上拉电阻。2.6 MAX202串行通讯电路通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202构成，通过此电路可以以便地与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喊时，互换机发出铃流信号。振铃为25的正弦波，失真不大于10%,电压有效值为90+15%。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，因此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0正弦波，最终经RC回路进行滤波以输出原则的方波。该方波信号可以直接输出至单片机0定期器1进行计数，以实现对铃流0检测。由于程控互换机在摘机时线回路电流会忽然变大，因此，互换机检测到回路电流变大就认为机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机B¾Pl.7来控制一种固态继电器，固态继电器的控制端应连接一种大概300欧的电阻后再接入线两端，从而完毕模拟摘挂机。第3章系统软件编制本系统软件重要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序构成。3.1系统主机程序的编制系统主机程序重要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传播程序、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O和串行中断产生，在中断服务程序中，应将对应的状态位置位,而在消息循环中则应按对应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将对应的状态位清O并完毕所需功能，并最终返回到消息循环中。其程序流程如图3-1所示。初始化计数器中断1外部中断O串行通讯中断消息循环摘机消息按键消息通讯消息功能函数返回返回该系统的分机 程序和主机类 似，故此不再详 述。图3-1程序流程图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，重要通过Inte门Iet网络完毕顾客H控制功能。服务器程序重要完毕客户端与系统主机通讯的J中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译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顾客的控制界面，重要用于完毕家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同步使客户端直接连接到服务器。第4章结论本系统充足运用了既有的网络资源。通过在实际网络和INTERNET网络中B试运行证明：该系统可以到达设计初期的各项规定。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统可以在不变化家中任何家电的状况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行以便地控制，使人们尽享高科技带来时简便而时尚时现代生活。本课题在选题及研究过程中得到褚丽娜老师日勺悉心指导。褚老师多次问询研究进程，并为我指点迷津，协助我开拓研究思绪，精心点拨、热忱鼓励。褚老师一丝不苟时作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，并且教我做人，虽历时三载，却给以终身受益无穷之道。对褚老师的感谢之情是无法用言语体现时。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的都市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。两年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所紧张的任何不开心的事情。只是此后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前途，大家珍重。愿离开我们寝室BH&I开开心心。我们在一起0¾日子，我会记一辈子的。在论文即将完毕之际，我0¾心情无法安静，从开始进入课题到论文的顺利完毕，有多少可敬0师长、同学、朋友给了我无言0¾协助，在这里请接受我诚挚0谢意!参照文献1、李朝青、无线发送/接受IC芯片及其数据通信技术选编、北京航空航天大学出版社2、黄继昌、实用报警电路、人民邮电出版社3、周洪、胡文山、张立名、智能家居控制系统、中国电力出版社