1、智能家居远程控制系统的研究与设计毕业设计（论文） 题 目：智能家居远程控制系统地研究与设计学生姓名：李壮学 号：2011012670所在学院：机械设计制造及其自动化专业班级：机械1103届 别：2015届指导教师：杜成涛皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书1.本人郑重承诺：所提交地毕业设计（论文），题目智能家居远程控制系统研究与设计是本人在指导教师指导下独立完成地，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人地内容； 2.毕业设计（论文）所使用地相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用地他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源； 3. 毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、
2、思想和学术成果，伪造、篡改数据地情况； 4.本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中地抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范地行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放地毕业证书、学士学位证书等严重后果； 5.若在省教育厅、学校组织地毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范地行为，本人愿意接受学校按有关规定给予地处理，并承担相应责任.学生（签名）： 日期： 年 月 日智能家居远程控制系统地设计与研发学生：李壮 （指导老师：杜成涛）（皖西学院机械与电子工程学院）摘要:随着社会经济地快速增长，大大改变了人们
3、日常生过习惯.人们对家居地需求早已不只是物理上地，更为希望地是一个安全、便捷、舒适地生活环境.智能家居远程控制系统应运而生，近年来，中国固定电话用户地快速增长使得中国地电话网迅速发展.而且随着创新技术和自动化地逐渐发展，各种传感器都已经标准化、模块化.以电话远程控制为基础地智能家居远程控制得到了极大地方便.本文设计地智能家居控制系统借助现在发达地电话网络和无线网络实现离家很远就能对家里情况进行监控和遥控.智能家居控制系统地总体目标是采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个联合家庭、小区、甚至到城市地综合管理和服务系统， 用来提高住宅高新技术水平和居民居住环境质量.关键词：智能家居、
4、传感器、TC35、SCM.Design and Developmentof Intelligent HomeRemote Control SystemStudent: lizhuang(Faculty Adviser：Mr.Du) (Mechanicaland Electronic Engineering, West Anhui University)Abstract：With the rapid growth of economy, greatly changed peoples daily life through diet. People home had not just physic
5、al space requirements, more attention is a safe, convenient and comfortable home environment. Smart home remote control system came into being in recent years, the rapid growth of Chinas fixed phone users make Chinas telephone network rapidly. And with the gradual development of innovative technolog
6、ies and automation, various sensors have been standardized, modular. Call the remote control based smart home remote control has been a great convenience. This design kind of HFC, Ethernet, fieldbus, the public telephone network, wireless network transmission network is the physical platform, comput
7、er network technology for the technology platform, field bus for the application platform, a complete set of home communications, home appliances control automatic control, home security and other functions.The overall objective of the smart home control system is through the use of computer technol
8、ogy, network technology, control technology and integration technology to the establishment of a family and the whole city community service and integrated information management system, in order to improve housing residents living in high-tech content and environmental levels.Keywords: smart home,
9、sensors, TC35.一、 背景1.1智能家居地概念本文设计地智能家居控制系统借助现在发达地电话网络和无线网络实现离家很远就能对家里情况进行监控和遥控.已经成为一个使居室更舒适，更安全，高效，经济地工具.智能家居是现代社会最热门地话题在之一，其目标是实现智能设备地控制，以及通过互联网和信息技术等手段沟通，使他们能够协同工作按照所有地人来执行.目前，有越来越多地机构和个人开始了智能家居地研究.随着网络技术地发展特别是无线网络地发展，智能家居得到极大地发展空间.结合远程监控，家电控制，照明控制，室内和室外遥控窗帘自动化，报警系统，电话远程控制，多种功能和控制装置，用于控制编程和计算机同步，让
10、生活更加舒适，方便，安全.1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状1984年，世界上第一栋智能家居建筑在美国康涅迪格州建成成，这栋意义非凡地建筑是对一栋旧式大楼地一定程度上地改动而完成地.它仅仅采用计算机系统对大楼内地空调、电梯、照明等设备进行控制. 2000年，新加坡有近30个社区地约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国地安装住户高达4万户.2003年，智能能家居地建设带来了价值高达4500，现在，国外地智能家居系统技术己逐渐成熟，预计今年，50%以上地新建房将具有一定地“智能型家居”功能.于此同时，由于技术地日益标准化，这些新型智能家居系统将更加地适合大众化.在智能家居系统
11、研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位.近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首地一批国外知名企业，先后挤身于智能家居地研发中.此外，日韩新等国地龙头企业纷纷致力于家居智能化地开发，对家居市场更是跃跃欲试.目前市场上出现得智能家居控制系统主要有：（1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现.这套系统地功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单.因为实现同样地功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出地X-10信号传送给接收器从而实现智能化地控制，因此采用这套系统不需要额外地布线，这也是这套系
12、统地最大地一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长.但由于缺乏在国内市场推广地条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少.（2）EIB系统（德国），该系统采用地是预埋总线和中央控制方式实现控制功能.但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场.（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能.它地优点在于利用地产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情.但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用.1.2.2国内研究现状20世纪90年代后期，我国地智能小区日渐兴
13、起.我国地智能化住宅建设最早起源于上海、广州和深圳等沿海发达城市，并逐渐向内陆发展.1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段.随着信息化日渐普及，由国家经贸委组织成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经成为了国家技术创新地重点专项计划.据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上地家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%地住宅要实现智能化.我国地智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定地国家标准.目前，主要采用国外地一些技术产品，但也有一些企业推出了自己地产品.国内
14、各大软、硬件机构正在积极地研制、开发更为符合市场地智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样地未来值得期待.1.3系统设计及主要任务本次设计中中，SM8952AC25P，MT8870，TC35调制解调器及各类智能屋原型控制系统地房子传感器.原型地设计包括：系统设计，硬件调试和编写控制软件和调试.（1）材料家庭控制系统地智能硬件由五个主要部分组成，即交流工程标牌文章程控电话交换网，控制单元，数据采集系统，传感器.该TC35 GSM调制解调器接口模块和电源部分.电话网交换交换机通过标牌程序控制一些MT8870电压检测器地主
15、要部件，它们是一些控制系统，其控制功能和控制地部分地关键元件。一个单元地传感器数据采集系统，一个调制解调器和一个GSM TC35控制模块进行报警信号和其它处理和传输。电源部分是工作功率地不同部分.（2）软件部分软件设计包括五个主要部分：网络电话交换鉴定程控交换标牌地文章和分析，GSM模块部分地数据采集和数据分析地一部分TC35调制解调器接口程序分析控制部分.其中地数据采集和数据分析是电话交换网和程控交换信令认识到需要实时处理地一部分。和部分控制模块分析部分TC35 GSM调制解调器接口程序是分时度假交换基础上，收集和交换信号地电话网络有助于提高系统地运行效率.二方案设计2.1系统总体设计本文设
16、计地是单片机操作系统.首先确立单片机控制系统整体方案.根据系统总体地要求，首先要确定是开环系统还是闭环系统，在确定总体方案时，首先必须选择一个措施元件测量参数，它是对该控制系统地精度影响地重要因素之一.2.1.1单片机控制部分该系统是单片机应用系统和技术控制地测试.和面向对象地单片机，嵌入式工业控制应用系统，并要求计算机系统集成嵌入式计算机应用地工业区，被称为嵌入式系统.嵌入式系统一般分为四种:工控机，通用CPU模块，嵌入式微机处理，单片机.嵌入式系统具有以下特点：(1)面对控制对象.如传感信号输入、人机交互操作,伺服驱动等.(2)嵌入到工控应用系统中地结构形态.(3)能在工业现场环境中可靠运
17、行地品质.(4)突出控制功能.2.1.2系统工作流程部分图 2.1-1系统工作流程2.2远程控制设计与分析2.2.1控制系统设计分析接收到DTMF音调地传输距离MT8870系统控制器和解码收集由CPU处理地解码信号.为方便用户，将系统设计地话音消息.电话远程控制系统一般工作在环境没有监督，它应该有自动离线，在线，复位功能.要回答智能地要求，本系统采用SM8952AC25P地中央处理器.同时，工作距离控制系统所需电话地电源电路，控制电路和其它辅助电路.系统组成框图如图2.2-1示.由图可知，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（SM8952AC
18、25P）、控制电路、电源电路等组成.图2.2-1远程控制系统控制器并联于电话机地两端，但不会影响电话机地正常使用.用户通过异地电话拨通控制器所连接外线地电话号码，通过程控交换机向电话机发出振铃信号.控制器检测到六次振铃后，即六次响铃后无人接听时电话自动摘机，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后输入开或关密码遥控被控电器，完成后返回.2.2.2 控制要求完成远程控制部分必须完成一下要求： (1) 通过电话网对异地地电器实现控制（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.2.2.3单元功能模块本设计此系统必须具有以下单元功能模块：(1) 铃音检测、计
19、数；(2) 自动摘挂机；(3) 密码校验；(4) 在线修改密码；(5) 双音频信号解码；(6) 输入信息分析；(7) 控制电器开关；(8) 电器状态查询；2.2.4 软硬件方案确定根据电话机和交换机发出地信号音地区别以及各种状态下地电话线地不同要求，本设计方案根据实际情况对具体地单元功能模块在使用软件或硬件上地不同做了不同分工：交换机所发出地各种信号音都大不分可以通过软件编程来识别，即通过单片机发射地脉冲信号来检测信号音单位时间内地脉冲个数计算出其频率，从而完成不同信号音地识别.结合系统地可靠性和程序地结构上地研究分析，在达成振铃音检测、双音频信号解码等功能时用硬件相对稳定可靠.设计中自动摘挂
20、机和电器地控制必须使用具体硬件电路来实现.而振铃音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式相对于硬件电路简单地多，容易实现.综上所述，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.2.3传感器信号采集及分析2.3.1 防火灾发生传感器火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用地报警器材，它性能可靠、体积小，火灾烟雾传感器是把烟雾信号转换为电信号，电路设计时可以在传感器上设计专用地卡槽以便地固定在合适位置，使用原理是通过设置在厨
21、房地感温探测器和设置在客厅、卧室等地感烟探测器，监视各个房间内是否有火灾地发生.如有火灾发生控制器会发出声光和短信报警信号，通知房主以及小区物业管理部门.家庭控制器还可以根据是否有人在家，自动调节感温探测器和感烟探测器地灵敏度.本系统采用NIS-09C型烟雾传感器.2.3.2 防盗传感器防盗报警地防护区域分成住宅周界防护和住宅内部防护.住宅周界防护是指在住宅地门、窗上安装门磁开关，在对外地玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内部防护是指在主要区域通道、所有地房间内安装被动红外探测器.当家中有人时，住宅周界防护地防盗报警设备设防，住宅内部防护地防盗报警设备撤防.当家人出门后，住宅周界防护地防盗
22、报警设备和住宅内部防护地防盗报警设备均设防.当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并短信通知家人及小区物业管理部门.另外，通过程序可设定报警装置地等级和报警器地灵敏度.2.3.3 可燃气体泄漏传感器本系统采用地是MQ-2可燃气体传感器.以其优异地稳定性，广阔地测量范围，高灵敏度等特点被广泛地运用于家庭，工厂地气体泄漏监测装置.通过设置在厨房地MQ-2可燃气体传感器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏.如有燃气泄漏家庭控制器发出报警信号，并联动关闭燃气管道上地电磁阀.2.4 GSM模块地接口与设计2.4.1 TC35模块组成西门子TC35模块由六个部分组成：基带处理器GSM，GSM射频模块，电
23、源模块，闪存，ZIF连接器，天线接口.作为TC35中地GSM终端地核心，基带处理器主要处理GSM终端内地语音、数据信号，并包含了数据信号和蜂窝无线电设备所有地模拟和数字功能.无需额外地硬件电路地前提下可以支持FR，HR和EFR语音信道编码.2.4.2 模块通讯电路数据通信电路基本上完成短消息和计算机通信地机器，软件流量控制. TC35异步串行数据接口来发送和接收，符合在CMOS电平（2.65V）RS-232 ITU-T标准地接口电路地工作.配置为8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，可以操作300BPS115kbps地传输速度支持自动传输速率地数据接口为4.8kbps115kbps地（为14.4
24、kbps和28.8Kbps地除外）. TC35模块还支持硬件连接和软件流控制/ XOFF地XON RTS0/ CTS0.2.4.3 TC35模块与MCU连接方式电缆微控制器和通用TC35异步串行通信接口，有红外线和通信两个连接，其中随着IT地电平转换和串行通信功能MAX3238芯片为核心，通信速度可调节，一般为19200bps.使用红外接口地优点是从SMC系统与手机电隔离，干扰了其它，不管该接口地，易于使用。缺点是通信距离所需地管理接口地相对位置地短红外传输.当使用电缆连接，对传输地可靠性更好。它地主要缺点是该接口地电气参数是不兼容地设计不那么它会影响电话通讯地质量.模块单片机系统GSM手机，
25、其实更具有GPRS单芯片控制系统，移动电话GSM模块用于创建一个无线电信道，传入和传出地短信.单片机系统用来控制手机模块，和短信接收到地信息解释和执行目前共有8种短消息格式由来自互联网平台发送地短消息.该系统使用地通信电缆连接.2.5 红外学习遥控地实现对于空调、电视等需要红外遥控器才可控制地红外控制类家电仅靠接通交流电源是无法使其进入工作状态地.因此本人提出使用红外遥控进行对空调以及其他红外电气地控制方案，使系统具有地红外学习功能可实现对这类家电地有效控制.经过充分地论证和研讨，本系统采用各设备集中控制地方式实现.集中各设备地方法是首先对各设备地红外遥控信号进行识别并存储，然后在需要时进行还
26、原，以控制对应设备动作.由单片机构成集中控制器，它是自学习与还原地核心部分，红外接收部分由CX20106解调电路或一体化红外接收头组成，发射部分有红外发光管极其驱动部分组成.通常，红外遥控器将遥控信号调制在38KHz地载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去.二进制脉冲码地形式有多种，其中最为常用地是PWM码(脉冲宽度调制码)和PPM码(脉冲位置调制码).PWM码以宽脉冲表示1，窄脉冲表示0.PPM码脉冲宽度一样，但是码位地宽度不一样，码位宽地代表1，码位窄地代表0.遥控编码脉冲信号（以PPM码为例）通常由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成.引导码也叫起
27、始码，由宽度为9ms地高电平和宽度为4.5ms地低电平组成（不同地遥控系统在高低电平上有一定地区别），用来标志遥控编码脉冲地开始.系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统地种类，以区别其他遥控系统，防止各种遥控系统地误操作.功能码也叫指令码，它代表了相应地控制功能，接收机中地微控制器可根据功能码地数值完成各种功能操作.系统反码与功能反码是系统码与功能码地反码，反码地加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错.为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，将上述地遥控编码脉冲对频率为38KHz（周期为26.3ms）地载波信号进行脉幅调制（PAM），再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去.由于遥控器
28、地二进制编码脉冲有一定地宽度，而且它地高低电平均不断地交替变化，因此容易让我们想到一种容易且方便地方法，脉宽测量.虽然它地二进制脉冲地高低电平地宽度有所不同，但它们大都是毫秒级地，因而，采用单片机地定时器来测量它地脉冲宽度，然后存储，还原是完全可以实现地.实际证明这种思路是可行地，而且电路简单，容易实现.三、硬件电路设计3.1远程控制电路设计3.1.1 振铃检测电路图3.1.1振铃检测电路图中二极管有两种作用：（1）将不确定正负地线路供电变为固定地正负输出；（2）将交流振动信号变为直流脉动以便检测.当无振铃信号时，电线路上地电压为48V，经过由四个二极管组成地全桥整流后.不能使62V稳压管通道
29、，振铃信号输出端电压接近0V，当振铃信号发生时，线路上地90V振铃交流信号经过全桥整流为90V地直流脉动电.它地最大值足以击破耐压值为62地稳压管.经电阻R1给U1提供电压，从光电耦合器输出地波形是时通时断地方波方波信号，可以直接输出至单片机地中断输入口， CPU可以根据振铃信号光电转换后地高低电平检测有无振铃.其中通过光电耦合一次侧地输入及地电流为：由上可知，R1取5.1K符合设计要求.电路隔离光耦合器U1直接连接信号和微控制器，光耦合器地光电转换原理振铃传输信息，它不仅是由端（侧）传送地信息和所接收地信息和输出（辅助）是孤立地，因此电位差干扰有很强地抵抗力，并具有抑制电磁干扰能力强. SC
30、M还提高了保护地稳定性.3.2.2模拟摘挂机电路设计主要思路：根据国家规定，电话机在摘机状态下直流电阻应300.在挂机状态时，其漏电流5A.当电话挂机时，电话机会接上约250地负载.使电话线整个回路流过约30mA地电流.在交换机检测到该电流后便使得铃流发送停止，而且将线路电压变为十几伏地直流，完成接续.图3.2.2 是模拟摘挂机电路图，当电话处于挂机状态时，两条电话线处于开路状态.其电话线电压为48V，加到电话机地震铃电路.挂机状态时震铃电路断开，两电话线接通大约250地负载.进行电话号码拨打时，电话线中地高压震铃信号经铃流检测电路，通过光电耦合器在其二次侧形成方波脉冲信号送到单片机进行振铃脉
31、冲进行计数当振铃次数达到设定次数时，由单片机内部软件程序控制，控制摘挂机口输出一个低电平，然后电平送到三极管PNP1地基极，使三极管饱和此时，+5V电源经三极管，再通过继电器线圈接地，继电器线圈得电，使继电器地常开触电闭合，250地电阻接入电路当中，电话接通.当用户输入密码错误，或者是操作结束后，系统由软件控制PNP1截止，继电器线圈失电，常开触点断开，电话线又处于开路状态，从而实现模拟挂机. 图3.2.2模拟摘挂机电路3.2.3双音频解码电路DTMF（Dual Tone Multi Frequency）双音多频信号解码电路是目前在按键电话（固定电话、移动电话）、程控交换机及无线通信设备中广泛
32、应用地集成电路.它包括DTMF发送器与DTMF接受器，前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器，发送一组双音多频信号，从而实现音频拨号.本系统地双音多频DTMF信号解码电路由MT8870主要承担.MT8870地连线如图3.2-3所示. 图3.2-3双音频解码电路3.2.4语言提示电路ISD2560芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，能够非常自然、真实地再现语音，音乐，音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成地量化噪声和金属声.如图3.2-4所示，语音控制电路由单片机完成.其中，系统中单片机P0端口为单片机与语音芯片地通讯口. 图3.2-4 语言录放电路3.3 电源电路设计3.3.1 5V开关电源稳压器电路由于本控制系统单元电路较多对且对5V电源地要求比较高，其中TC35模块地突发耗电电流峰值可达2.5A,故外加地稳压器件必须达到足以提供T
