智能家居控制系统设计 文章编号：１００３—５８５０（２００９）０１－００５８－０３ 智能家居控制系统设计 Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚｅｄ Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ 于昕梅彭鹤挺 （佛山科学技术学院 广东佛山 ５２８０００） 【摘 要】研究和设计了应用于智能家居环境中的一种远程自动控制系统。它将操作指令由ＧＳＭ手机经ＧＳＭ 网络传至家中的值守ＧＳＭ模块，再由该ＧＳＭ模块通过由单片机控制的红外无线局域网传输红外信息来控制家 电动作，完成对信息家电的控制意图，并可将信息家电的信息反馈回来，以便进行下一步的控制。系统安全可 靠，性能稳定。同时该系统除用于家庭设备远程自动控制外，也可用于家庭通信、家庭安全防范，共同组建智 能家居控制系统。 【关键词】ＧＳＭ，单片机，红外无线局域网，智能家居控制 中图分类号：ＴＮ９２９．５３ 文献标识码：Ａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ．Ｉｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｓ ｉｎｐｕｔｓ ｆｒｏｍ ａ ＧＳＭ ｃｅｌｌ ｐｈｏｎｅ ｔＯ ａ ＧＳＭ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ＧＳＭ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ＭＣＵ．ｔｈｅ ＧＳＭ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈｅｎ ｔｒａｎｓｍｉｔｓ ｓｉｇｎａｌ ｔＯ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｌｌ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｈｏｕｓｅ ｔＯ ｆｉｎｉｓｈ ｄｅｓｉｒｅｄ ｔａｓｋｓ．Ｔｈｅ ＧＳＭ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎ ａｌｓｏ ｆｅｅｄ ｂａｃｋ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｏｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｔＯ ｔｈｅ ＧＳＭ ｃｅｌｌ ｐｈｏｎｅ ＳＯ ｔｈａｔ ｗｅ ｃａｎ ｐｒｏｃｅｅｄ ｔＯ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｔａｓｋ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｓａｆｅｔｙ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｑｕｉｐｓ ｗｉｔｈ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ，ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ＧＳＭ，ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚｅｄ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ２１世纪是信息化的世纪，各种通信和互联网等技 术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统的 出现使得人们可以通过手机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；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 轻轻的点几下手机按键或鼠标。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， 如果不幸出现某种险情，您和１１０可以在第一时间获 得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是 出的命令并向主机回复应答，主机收到应答后，通过 ＧＳＭ模块发出回复短消息，报告用户完成命令。若在 规定的时间内（这里定时６０ｓ）主机没有接收到分机的 回复信息，即把该操作认为无效，回复操作无效短消息 给用户手机，要求用户重新发出命令。若收到的短信息 有误，主机便立刻回复用户该操作无效，请求重新发出 命令。系统构成如图１所示。 社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任 何家电的情况下，家内家外（在家内通过无线局域网， 在家外通过电信或互联网）都能对家里的电器、灯光、 电源、家庭环境进行方便的控制，使人们尽享高科技带 来的简便而时尚的现代生活。 图１系统构成图 １智能家居系统控制的工作原理 本系统是基于红外和ＧＳＭ网络的用于智能家居 ２硬件设计 ２．１ ＭＣＵ与ＧＳＭ通信模块 环境中的一种远程自动控制系统。其工作原理为：用户 通过自身的手机发出命令短消息，在家值守的ＧＳＭ 模块接收到命令后发送给主机（单片机），主机通过对 命令的处理，把命令通过红外传输到相应的分机（单片 机）上，分机对命令处理后，启动相应设备，完成用户给 ＊ ２００８—０７—１０收到，２００８—１１－２０改回 本单片机通过ＲＳ２３２串行通信接口与ＧＳＭ模块 通信，提取ＧＳＭ设备的短信，发送相关的信息，并通 过串行通信接口与红外模块相连，利用红外模块，达到 主、分机之间的通信，因此，选用ＡＴ８９Ｓ５２芯片。控制 ＊＊ 于昕梅。女，１９７４年生，硕士，讲师，毕业于桂林电子科技大学，研究方向：嵌入式智能家居系统。 第２２卷第１期 电脑开发与应用 上需要用到两个串行接口，但８９Ｓ５２只有一个串口，故 还需要在程序中进行模拟串行接口通信。其最简外部 Ｐ０．２，Ｐ０．３脚置成低电 平，其他为高电平，则Ｑ５、 接线电路如图２所示。 图２ ＡＴ８９Ｓ５２外邵接线 ８９Ｓ５２与ＴＣ３５之间通过异步串行接口进行通 信，通信速率为９ ６００ｂ／ｓ，具有１位起始位、８位数据 位、１位停止位，无奇偶校验。 单片机启动后，便发出ＡＴ＋ＣＭＧＤ一２指令，清 除第二存储空间的数据，然后不断地发出指令读取第 二存储空间。若有数据，即表示接收到数据，并开始对 数据进行处理，处理完毕后再把该空间数据删除。当单 片机向手机发出短消息时，单片机会向ＧＳＭ模块发 出ＡＴ、ＡＴ＋ＣＭＧＦ一０、ＡＴ＋ＣＭＧＳ—Ｘ一系列的指 令，当接收到回复信息后，最后发出短消息的内容。 ２．２红外无线通信模块 红外发送器电路如图３所示包括３８ｋＨｚ晶体振 荡器、反相器、与非门、驱动门Ｑ１和红外发射管Ｄ１等 部分。其中３８ｋＨｚ晶体振荡器、电阻Ｒ３和反相器组成 脉冲振荡器，用以产生３８ｋＨｚ的脉冲序列作为载波信 号，红外发射管Ｄ１选用Ｖｉｓｈａｙ公司生产的 ＴＳＡＬ６２３８，用来向外发射９５０ｎｍ的红外光束。 幽３红外发射器电路图 红外接收器电路如图４所示，当接收器收到数位 “Ｏ”时，Ｑ２管导通，使得ＲＸＤ接收到低电平，收到数 位“１”时，Ｑ２管截至，ＲＸＤ接收到高电平。 ２．３模拟控制 本系统将以不同的电机做出不同的动作，来模拟 说明智能家居对系统控制的响应。如图５所示，当分机 的单片机收到本机的地址信息，便提取信息中的数据， 根据数据的命令，若把Ｐ０．０，Ｐ０．１脚置成低电平，其 他为高电平，则Ｑ３、Ｑ４管导通，电机便正向旋转，若把 Ｑ６管导通，电机便反向旋 转（以前一情况为正向 时）。若一台分机上连多个 电机，有多台分机，便可以 实现在智能家居环境中对 家庭各个设备的同步控 制。 图４红外接收器电路图 ● 图５电机驱动电路 ３软件设计 ３．１单片机主程序设计 主机上电复位后进行初始化，然后不断地对ＧＳＭ 模块进行扫描查询。当查询到ＧＳＭ模块接收到用户 发送的短信时，便对短信进行处理，提取相关信息，然 后通过红外模块相分机发送相应的命令数据。接着就 在一定时间（可根据用户需要调整，这里设为６０ｓ）内 等待分机的回复信息。当接收到回复信息或规定时间 内没有接收到分机的回复信息，主机都返回到扫描查 询状态。主机主程序流程图如图６所示。 提取信息中的地址和数据 Ｙｌ Ｙ上 数据处理并做出相应动作 ＋ Ｉ向主机发送确定信息ｌ （ａ）主机流程框图 （ｂ）分机流程框图 图６主程序流程图 分机上电复位后进行初始化，然后等待接收主机 发送的命令信息。接收到命令信息后，从中提取地址和 数据信息，若为本分机地址，则对数据进行处理并作出 智能家居控制系统设计 响应，同时向主机发送确定信息；若非本分机地址，则 的等待时间。而为了时间的实时性和准确性，用到单片 返回，继续等待主机发送的命令信息。分机主程序流程 机内部的定时器１。设定其工作模式为模式１，初值为 图如图６（ｂ）所示。 Ｏｘ４ｂｆｆ（５Ｏｍｓ）。中断２ｏ次为１ｓ，６０次循环为６０ｓ，当 ３．２中断程序设计 ６０ｓ到时，标志位置位后返回。时间中断流程图如图７ 本系统需要模拟串行数据发送和接收，所以需要 翠 一煎 （ｂ）所示。 用上外部中断来接收数据，确保数据传输的同步性和 实时性。每接收一位数据，中断都会响应一次，接收８ ４结论 位为一个有效数据，接收８个数据为一个数据帧。外部 本系统安全可靠，性能稳定。同时本系统除用于家 中断流程图如图７（ａ）所示。 庭设备远程自动控制外，也可用于家庭通信、家庭安全 防范，共同组建智能家居控制系统。 参考文献 ［１］ 周洪，胡文山，张立明等．智能家居控制系统［Ｍ］．北 京：中国电力出版社，２００６． Ｅ２］ 郑君刚．基于无线传感器网络技术智能家居报警系统 （ａ） 謦鬯 流 程框图 （ｂ）时间中断流程框图 ‘ 设计［Ｊ］．沈阳建筑大学学报（自然科学版），２００８（２）： ３４５—３４８． 图７中断程序流程框图 ［３］ 王松德．热释电红外传感器在无线遥控报警系统中的 为了确保主机正常工作。加入主机等待分机回复 应用［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２００７（６）：１ １２４一ｉ １２６． （上接第４５页） 户体验，这是当前面临的一个问题。 显然，ＡＪＡＸ技术并不是适合所有Ｗｅｂ开发的技 术。但是，ＡＪＡＸ不单纯是某种技术，它体现的那种处 参考文献 处用户考虑的理念、个性化设计理念和创新理念，永远 Ｅ１］ Ｇａｒｒｅｔｔ Ｊ ｊ．Ａｊａｘ：Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｗｅｂ 值得每个网站建设者认真思考。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００５（２）：３４—５１． ［２］ Ｒｙａｎ Ａ Ｓ，Ｎａｔｈａｎｉｅｌ Ｔ Ｓ著．金灵译．Ａ ｊａｘ基础教 ４结束语 程［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００６． ＡＪＡＸ带给我们的不仅仅是技术，更多的是以人 ［３３ 游丽贞，郭宇春，李纯喜．Ａｊａｘ引擎的原理和应用［Ｊ］． 为本的一种服务理念。不仅缓和了资源矛盾，也带来了 微计算机信息，２００６（２２）：２０５—２０７． 丰富的用户体验。当然，任何东西有利也有弊，ＡＪＡｘ ［４］ 杨国瑞，张思博．基于ＡＪＡｘ的Ｗｅｂ应用架构设计 ［Ｊ］．现代电子技术，２００６（１５）：９５—９８． 的适用范围是由它的特性所决定的。如果过多的使用 ［５］ 徐丽丽，张永胜．ＡＪＡｘ技术及其应用研究［Ｊ］．计算机 ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ，那么客户端将非常臃肿，不利于用户的浏 时代，２００７（３）：５６—５８． 览体验，如何在做到快速的前提下，还能够做到好的用 （上接第５Ｏ页） 参考文献 ５结束语 ［１］ 井祥鹤，魏冬峰，运输方式选择多目标优化问题的混合 由以上的分析可以看出，本文所提出的多式联运 遗传算法ＩＪ］．计算工程与应用，２００５（４）：７３７—７３８． 运输方式多目标优化算法在总成本最小和时间最优的 ［２］ 魏航，李军．一种求解时变网络下多式联运最短路 原则下，可以十分方便地求解多城市间多种交通方式 的算法［Ｊ］．中国管理科学，２００６（８）：５７—５９． ［３］ Ｃｏｐｐｅｒｍａｎ Ｒ Ｂ，Ｄｅｖｌｉｎ Ｍ Ｐ，Ｅｗａｈ Ｒ Ｍ ｅｔ ａ１． 的最优组合问题和为经营决策者提供精确的数据结 Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ 果。但现实的生产情况还具有一定的差距，如：考虑在 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ［Ｃ］，２００４：１１３—１１９． 不同的时间段，实际的运输时间和费用是不同的，同时 ［４］ 石 琴，黄志鹏，一种多目标运输问题的优化模型［Ｊ］． 道路的交通流量对运输的影响等，如何将这些实际问 合肥工业大学学报（自然科学版），２００６（６）：７７２－７７４． 题加入到模型中使模型能够在实际运用中更加有效有 ［５］ 陈晓龙，柯文德．遗传变异操作［Ｊ］．茂名学院学报， 待进一步探讨。 ２００４，１４（１）：ｌ１６一ｌ１８． ［６］ 王跃宣．处理带约束的多目标优化进化算法［Ｊ］．清华 大学学报（自然科学版），２００５，４５（１）：１０３—１０６．
