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基于公共电话网络实现智能家居的研究

时间：2009-05-06 11:12:55

关键字：智能家居网络 BSP 振铃

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[导读]利用单片机控制技术实现一种新的智能家居远程控制系统。该系统以公共电话网络为主要的信号载体，采用密码验证方式识别用户的合法身份，利用电话机上的按键作为控制命令键实现对家用电器的控制。在对家用电器进行控制的过程中，采用电力载波调制解调的方式，达到在对家用电器控制时无需单独布线的优点。同时当系统识别到用户家里有特殊情况时，如火灾、被盗、煤气泄漏等，可以实现自动拨号报警。系统会自动根据用户预先设定的拨号号码，发出报警信息，达到向用户报警的目的。

随着社会的进步与发展，人们的生活节奏越来越快，时间观念也越来越强，并逐步开始运用新的科技手段改善自己的生活条件和环境。尤其现在是电信事业飞速发展和电器自动化高度结合的时代，充分利用现有的条件提高人们的生活质量，这是人们亟待解决的问题。提出一种利用现有的公共电话网络，采用单片机控制技术实现智能家居的方案。

1 系统的工作原理
系统的主要工作原理是当有电话打入时，通过振铃检测电路检测到有振铃信号，此时振铃信号被送到51系列单片机处理。当单片机接收到系统默认的振铃次数(次数可以通过软件设定)后，单片机会向摘机／挂机电路发出摘机控制信号，使系统发出自动摘机操作动作。摘机后，系统会提示用户输入密码，以此验证用户的合法身份。当通过身份验证后，系统提示用户进行的相应操作。系统可以根据用户的需要设置控制哪种家用电器、更改密码以及更改预定报警号码。当用户按相应的按键后，系统通过接收MT8880C的DTMF解码信号识别用户的按键，然后向控制器发出相应的控制信号，使得家用电器发生相应的动作。同时，系统通过读取传感器的信号识别用户家里是否有特殊情况(如火灾、被盗、煤气泄漏等)发生。如果有特殊情况发生系统会拨通预定的报警号码发出报警信号。

2 系统的硬件组成
系统的硬件主要由DTMF信号接收／发送电路、振铃检测电路、自动摘机／挂机电路、语音提示电路、重要存储电路、电路载波调制解调电路等几大重要部分组成。
2．1 DTMF信号接收／发送电路
DTMF信号接收／发送电路主要是利用接收／发送芯片MT8880C实现DTMF信号的接收和发送。电路通过控制R／w接口的状态实现DTMF信号是接收还是发送状态，其电路原理图如图1所示。

2．2 振铃检测电路
振铃检测电路的作用是检测电话线上的振铃信号，以便为单片机提供电话铃响的次数。系统的振铃检测电路如图2所示：由C1，R1，D，IC5，R2组成，由于电容器C。不能通过直流电压，因此在待机状态下振铃电路没有电流通过。所以在没有电话呼入时P3．5口是处于高电平状态；当有电话呼人时，P3．5口会出现高低电平的变化，通过检测该电平的脉冲次数来达到检测振铃的次数。
2．3 自动摘机／挂机电路
如图3所示，自动摘机／挂机电路其实就是一个电子开关，它的作用是完成摘机、挂机的动作。系统电路和电话线之间虽然连接起来了，但是中间还必须要有一个电子开关存在，平时这个开关应该处于断开的状态。当用户打电话回家控制家用电器时，如果出现了规定的振铃次数之后，系统会自动实现摘机动作。这时电话线就和控制系统连通了，然后才能按照系统的设计接收电路中的各种控制命令。

2．4 语音提示电路
语音提示电路的作用是在用户操作过程中给与语音提示，帮助用户根据需求正确的操作。经过挑选和结合录放时间的要求，系统选用ISD公司生产的2560型语音芯片。该芯片技术成熟，稳定性好，音质清晰，价格便宜，录音时间为60 s，且可以分段录放音，断电后录音信号不会丢失，具体电路原理图如图4所示。

2．5 重要信息存储电路
重要信息存储电路主要由E2PROM芯片2816组成，它的主要作用是用来存储一些重要信息，如密码修改后新密码的保存、报警号码的存储等。利用该电路可以保证用户修改了这些重要信息后，如果系统出现重启或者断电的情况，这些重要信息不会丢失，具体的电路如图5所示。
2．6 电力载波调制解调电路
采用电力载波通信技术，充分利用家庭内现有的交流电源线作为通讯链路，安装方便，只要插入墙上的电源插座即可达到通讯控制的要求。在此采用电力载波调制解调器芯片TDA5051来实现控制器与家用电器之间的数据传输，具体的电路原理图如图6所示。

3 软件设计
结合硬件电路的设计和软件实现的功能，系统应用程序主要由主程序、中断服务程序、延时子程序等部分组成。主程序所要完成的主要工作包括单片机系统各接口芯片的初始化，设置中断，给相应各内存单元赋初值，调用中断处理程序，延时子程序等。系统设置的中断服务程序有2个，其中中断1的作用主要是识别来自于哪种传感器的信号，按照预定的报警号码发送报警信息。
中断2的作用主要是识别用户的按键，控制相应控制器的工作，其中还包括验证密码、判断输入错误密码次数、更改密码、更改预定的报警号码。

其中设定按键9和按键*对应的功能分别是修改预定报警号码和修改旧密码，输入密码错误的次数上限设定为3次，当输入密码错误达到3次时，系统会自动挂机。当密码正确后，系统就会通过语音信号提示用户正常的操作，系统的程序流程图如图7所示。

4 结语
利用单片机为主要的控制器件，以公共电话网络为信息载体，成功地设计了一套智能家居控制系统。该系统自投入运行以来，其工作正常，性能稳定，通讯状态良好，成功地满足了实际的应用。