基于单片机的智能家居系统的设计与实现

基于单片机的智能家居系统的设计与实现

智能家居是信息技术、网络技术和关键技术发展到传统家电行业的必然结果。智能家居是一个多功能的技术系统,其控制系统是以HFC(混合光纤同轴电缆网)、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台,计算机网络技术为技术平台,现场总线为应用操作平台,构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统,以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通信器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。智能开关控制家庭内部照明或者其它家电,是智能家居系统的重要组成部分。1设备共享结构总线结构是使用同一媒体或电缆链接所有用户的一种方式,也就是说,连接用户的物理媒体由所有设备共享。使用这种结构必须解决的一个问题是确保用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作,只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中,对线路的访问依靠控制端的探询来确定,即主机循环检测。2开关电路硬件设计2.1mt980及作业电路开关从机电路以单片机AT89S52、双音多频(DTMF)收发芯片MT8880和固态继电器SSR为核心组成,电路如图1所示。单片机AT89S52负责读取按键、控制MT8880收发数据、控制LED指示灯以及驱动SSR动作。MT8880集成电路为双音频收发器集成电路,该集成电路具有完整的DTMF编、译码功能。同时,还具有集中内部寄存器、控制接口和数据总线缓冲器,便于直接与微处理器接口,对电路可以进行工作模式设置,从而在使用该集成电路时,具有更大的灵活性。MT8880既可接收总线上的双音多频信号并解调出二进制数据,也可以将单片机送来的二进制数据变成双音多频信号发送到总线。电阻R1、R2和三极管Q1组成放大电路,将MT8880输出的双音多频信号进行放大,并传送到总线上。R3、Q2构成电子开关,当不发送双音多频信号时,Q2截止,使Q1截止使总线处于高阻状态,不影响其它通信节点发送信号。按键S1～S8为控制8路开关的控制键,指示灯LED1～LED8作为8个开关的指示灯,用来指示8个开关的工作状态。C6、R11是单片机的复位电路。R13～R20为LED的限流电阻,流过LED的电流为I=VCC−VDR=5−2510=5.9mA(1)Ι=VCC-VDR=5-2510=5.9mA(1)式中,VCC为电源电压,VD为LED的导通电压,R为限流电阻。2.2器件电路背景主机控制电路因为不需要按键和指示灯电路,因此可以采用体积较小的AT89C2051来实现。AT89C2051是一个低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含2kbyte的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128byte的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C2051单片机可提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双向串行通信口,1个模拟比较放大器。引脚结构如图2所示。主机电路原理图如图3所示。主机电路工作原理与控制从机的工作原理相似,除了单片机采用AT89C2051外,还减少了按键和指示灯(图3)。3软件设计软件是单片机控制系统的关键。本系统的软件有两大部分,即主机程序和分机程序。3.1主机程序主机实际上相当于网络中的服务器,负责系统的协调工作,不使通信产生混乱。其功能是接收分机数据,再转发给各分机。图4是主机程序流程图。3.2mt980的实现分机的主要功能是检测按键、控制指示灯