基于嵌入式的无线智能家居控制装置

0 引 言
    随着科学技术的迅速发展，住宅智能化是人类住宅的一场新的革命，现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境，更加轻松、有序、高效的现代生活方式，作为一个理想的目标来永恒的追求。目前，智能产业在世界各地已经迅速发展，在不久的将来，没有智能家居系统的住宅将会象当今不能上网的住宅那样不合潮流。因此，家居智能化将是大势所趋。在这样的背景下，一套便捷，稳定的智能家居控制装置便必不可少，本文对智能家居控制装置的实现进行了深入的研究。

1 工作原理
    装置工作原理如图1所示，分为远程控制模块、主控制器、从控制器和控制电路四大部分。远程计算机和手机分别通过Internet网络和GPRS网络与具有Windows CE平台的主控制器相连接进行通信。主控制器和从控制器通过串口分别与蓝牙模块相连接，通过蓝牙传输进行通信。从控制器直接与控制电路相连接，通过控制电路对家用电器进行控制。

2 远程控制模块
2．1 PC软件控制
    PC端软件采用Visual C++编写，软件界面如图2所示，可以分别对家中的四盏灯进行控制，分别为卧室、厨房、卫生间和客厅的灯进行控制。

2．2 手机GPRS远程控制
    本装置远程控制也可以通过手机GPRS网络与主控制器相连接进行通信。GPRS模块选用上海精致科技有限公司的无线数据终端NW18，主要实现基于GPRS网络的用户数据透明传输。无线数据终端NW18本身内嵌TCP／IP协议，与主控制器通过串口连接，使用起来简单方便、稳定可靠，其实物图如图3所示。

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3 主控制器部分
3．1 主控制器硬件结构
    主控制器选QT2410开发板，其核心芯片为SUMSUNG公司的S3C2410芯片。系统资源CPU：S3C2410(ARM920T)，RAM：2片32M Byte SDRAM，ROM：一片64M Byte NAND Flash，系统时钟：12MHz，RTC时钟：32．576MHz，内核工作电压：1．8V，工作频率：203MHz，两个串行通信接口UART0，UART1。UART0连接GPRS模块，UART1连接蓝牙模块，从而起到了连接远程控制端和从控制器的功能。其实物如图4所示。

3．2 主控制器软件结构
    主控制器拥有Windows CE操作系统，故主控制器软件采用embedded C++工具进行编写，实现如下三个功能。主要流程图如图5所示，软件界面如图6所示。

    1)建立Socket并监视是否有远程数据，若符合自定义的通信协议则将其传输给从控制器。
    2)打开串口，监视是否有GPRS传输的数据，若符合自定义的通信协议则将其传输给从控制器。
    3)若有按键按下，处理相应时间，并将消息传送至从控制器。

4 从控制器部分
4．1 从控制器硬件
    本系统采用周立功的EasyARM2131开发实验板。其CPU是PHILIPS公司的单片32位ARM微控制器LPC2134，它是基于一个支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMI-STM CPU，含有128kB的FLASH存储器系统，该存储器用作代码和数据的存储。LPC2134拥有两个异步串行口UART0和UART1和两个32位的通用I／O口。本装置主要使用到的是串口1和I／O口：P1．18，P1．19，P1．20和P1．21。[!--empirenews.page--]
    串口1与蓝牙模块相连接，接受主控制器发送来的命令。I／O口分别连接控制电路的厨房灯，卧室灯，卫生间灯，客厅灯的输入接口。
4．2 从控制器软件部分
    由于本装置采用了四盏灯模拟家中的各种电器，所以软件的主要作用是接收主控制器的命令，并将其进行解析，将相应的命令根据通信协议转化为相应的控制信号，接入控制电路从而控制相应的电器。软件主要流程如图7所示。

5 控制电路
    控制电路利用ARM7输出信号作为使能信号，通过继电器电路实现低压直流对高压交流电路的控制功能。ARM7输出信号VOUTi为3．3V，电路核心部分采用“汇科HRS1H-S-DC5V”作为继电器，该继电器使能端要求最低电压为2．4V，输出端承载为“220VAC／3A”或者“24VDC／3A”。继电器输入端利用三极管9014设计驱动及保护电路，三极管发射极与继电器输入端子相连。电路原理如图8所示，将ARM7平台输出信号VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4，作为后向电路的输入控制信号：在图X中，当VOUT1信号为低电平时，三极管9014断开，三极管发射极零电压即Vo=0，继电器线圈未工作，继电器输出端断路，高压电路断开；反之，VOUT1信号为高电平时，三极管9014导通，三极管发射极电压为：电源电压Vcc与三极管压降Vd差值，即Vo=Vcc-Vd，继电器线圈工作，继电器输出端导通，高压电路工作。在测试与演示过程中，高压部分仅以15VDC作为测试电路，实物图如图9所示。

    然而在实际应用中，可以根据使用环境和要求不同，将线圈继电器更换为光电耦合继电器或者各类功率继电器，以适应用户的使用需求。

6 结束语
    本次设计达到了预期的效果，实现了远程PC软件，手机和本地控制家用电器(四盏灯模拟)的功能。本套基于嵌入式的无线智能家居控制装置具有良好的应用性，利用远程电脑，手机等终端设备我们就可以随时随地的控制家中的任意电器，如果在控制功能上能有所增强和突破，必然有相当好的应用前景。