一、基于單片機的智能家居安防系統設計方案

摘要： 介紹了一種以AT89S52單片機為控制核心， 通過DTMF公用電話網和CAN 總線傳遞的多節點家居安防系統設計方案。本智能家居安防系統集防火、防盜、防燃氣為一體， 可實現自動檢測與自動語音撥號報警。詳細介紹了DTMF收發電路、通話電路和CAN 總線傳輸等電路。實驗結果表明， 本系統功能實用， 信息傳遞實時可靠，適用于家居安防或其他場所的安防系統。

　　1 引言

　　現在的安防系統可借助計算機技術、IC 卡技術、通信技術等來實現，CAN總線應用于安防系統對家居智能化發展起到了良好的促進作用。而把DTMF 技術應用于安防系統， 不需要專門的布線， 不占用無線電頻率資源， 沒有電磁污染。文中設計了一種基于CAN 總線和DTMF技術的以AT89S52單片機為核心的新型智能家居安防系統， 使原來小區安防系統的實時性和可靠性有了一個新層次的提高。本系統可以對整個家居的安全環境進行實時監控， 監控的范圍包括室內防盜、火災報警、煤氣泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故發生， 該報警系統就會發出相應的報警信息， 用語音播出警情類別， 向遠方用戶和相關部門提供警情語音。

　　2 系統總體構成

　　系統框圖如圖1所示。單片機控制DTMF收發電路、數字語音電路、摘掛機控制電路。探測器能夠快速、準確地監測到住宅的異常狀況， 經確認后及時通知控制器， 再由單片機來控制電話接口電路， 實現模擬摘機， 自動撥打預先設置的電話號碼進行語音報警并通知管理中心。當監測到對方回應后， 自動恢復警戒狀態。

圖1 家居安防系統框圖

　　3 硬件設計

　　系統主控部分采用AT89S52單片機， 無需擴展外部存儲器。看門狗電路采用具有可編程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存儲了標志字段、話機號碼、警情代號、系統設置等數據信息。數字語音電路采用數字語音芯片ISD1420。系統中ISD1420僅作為基本錄放音電路， 所以所有的地址線全部置為0, 因此放音的起始地址是0。語音信號由駐極話筒拾取， 從M IC 和M IC REF兩端輸入芯片內部的放大器放大， 經過功放后的音頻信號從SP+ 被用來與通話電路相連， 以送出語音信號。

　　3. 1 振鈴檢測及模擬摘掛機單元

　　系統并于電話線兩端， 時刻處于監控狀態， 不會影響電話的正常工作。當系統接收到振鈴信號時，會進行振鈴檢測。振鈴信號經三個反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振鈴后無人接聽， 則系統進入自動摘機狀態。單片機P1. 2 引腳輸出高電平， 三極管V501導通則繼電器K1 動作， 將負載電阻接入電路實現模擬摘機。此后電話線上就會出現大于10mA 的電流， 交換中心檢測到這一電流后就不再輸出振鈴信號而是轉為接通電話。如果振鈴信號沒有達到預設值就消失， 則單片機的計數值清零，控制器不動作。

　　3. 2 DTMF收發單元

　　DTMF收發電路采用DTMF 信號編/解碼芯片MT8880[ 5] 芯片， 單片機通過DTMF收發電路撥出電話號碼進行電話報警， DTMF 收發電路如圖2所示。

圖2 DTMF收發電路

　　MT8880提供了與微處理器相連的接口， 以對其發送、接收和工作模式進行控制。它的接收部分采用單端輸入， 由R27、R28和C16 組成， 其輸入電壓增益為1, 通過改變R28可調節輸入信號的增益。它的發送部分由R29、C17、C18和XTAL2構成。它的控制部分由R30 和C19 構成。IRQ /CP 與單片機P3. 5 腳相連。當MT8880接收到有效的雙音多頻信號時， 單片機進行中斷處理。MT8880 的IN - 端和通話電路TEA 1062 的QR 端相連， MT8880 的TONE端和TEA1062的DTMF端相連。

　　3. 3 通話單元

　　通話電路使用電話機專用通話集成電路TEA1062。送話時， 語音信號（來自ISD1420）通過M IC + 引腳輸入， DTMF信號（來自MT8880）通過DTMF引腳輸入， 經過TEA1062 放大后從LN 引腳一起送到電話外線上。受話時， 信號通過消側音網絡， 從IR 引腳輸入， 放大后從引腳QR 輸出， 分兩路： 一路送到ISD1420的ANA IN 端供語音錄制用，另一路送到MT8880的IN - 端提取DTMF信號。

　　3. 4 CAN 總線數據傳輸單元

　　CAN 總線數據傳輸單元由兩部分構成， 一部分是CAN 控制器， 實現對總線數據的交互與控制， 另一部分是CAN 數據收發器， 實現數據的網絡傳輸。

　　單片機AT89S52通過控制CAN 控制器來實現對總線的訪問， 同時還負責功能單元的測量和控制， CAN 總線接口電路如圖3所示。

圖3 CAN總線接口電路

　　AT89S52 通過中斷方式訪問CAN 控制器SJA1000, 為了增強CAN 總線節點的抗干擾能力，SJA1000通過高速光耦6N137 與CAN 總線驅動器PCA82C50 相連。PCA82C50 的CANH 和CANL引腳各自接了一個5 的電阻與CAN 總線相連， 可以起到限流作用， 以免PCA82C50受到過電流沖擊。

　　4 軟件設計

　　系統的軟件采用模塊化設計， 主要包括主程序模塊、CAN 通信模塊、振鈴檢測模塊、語音報警模塊、DTMF收發模塊等， 這里主要介紹主程序和CAN通信模塊設計。

　　4. 1 主程序設計

　　主程序主要完成各功能模塊的調用， 檢測系統輸入， 然后根據系統狀態進行判斷處理。程序進行主循環之前還要進行必要的初始化， 如MT8880、ISD1420、SJA1000、相關標志位等。主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

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　　4. 2 CAN 通信模塊設計

　　CAN 通信模塊包括控制器初始化、數據接收和發送子程序。SJA1000有復位模式和工作模式兩種狀態， 兩種狀態下寄存器配置不同。當參數設置完后， CPU 發出命令， SJA1000 處于工作狀態， 進行正常通信。如果通信出錯， CPU 會使SJA1000 回到復位模式。接收模塊負責節點報文的接收及相關處理。接收過程中CPU 會讀數據， 根據命令字判斷數據幀的類型進行不同處理。發送模塊負責報文的發送， SJA1000 發送數據前， 要判斷是否滿足發送條件， 如果滿足， 則把報文幀信息、標識符和要發送的數據寫入緩沖區， 即可發送。JA 1000的收發流程圖如圖5所示。

圖5 JA 1000的收發流程圖

　　5 結束語

　　本系統以AT89S52單片機為核心， 不用對電話網進行任何改造， 實現對家居設防點進行自動檢測和語音報警。設計中用CAN 總線結構組成安防系統，有較好的靈活性和擴展性， 同時利用CAN 總線引入實時的數據處理， 提高了系統的可靠性。可對樓宇可視對講、智能小區管理、門禁管理等有較大的應用推廣價值。

二、 基于GSM短信的智能家居控制系統研究

　　1 引言

　　目前人們的家居生活中應用了大量的日用電器，但是這些日用電器都要人們去直接操控，雖然可以用一些定時操控，但是功能有限，靈活性很差。而作為移動終端的手機在不斷的普及，開發它的擴展應用將是有廣大的配備基礎和廣闊的市場前景的，可以利用手機終端依托公眾信息網，控制家電，并查詢家中狀況。本文討論的是將信息處理的技術與對設備的操控結合來實現數字家居的一種嘗試，使人們能享受到信息革命給生活帶來的便利。本文創新點在于用ZigBee技術進行家庭組網結合DSP技術與短信方式來完成遠程設備與用戶之間的通信。這樣網絡覆蓋范圍廣，實現控制與監測時具有不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優勢，而且不必重新布電網，可以節約財力、物力和人力穩定可靠，易于實現。

　　2 系統硬件設計

　　智能家居系統具有對家庭中的各種設備遠程控制、遠程查詢、集中管理功能，為用戶提供更為舒適，方便的生活方式。本設計主要針對的是家電控制。ZigBee通信子節點需具備脈沖量數據采集、開關量數據采集、模擬量數據采集、繼電器觸點輸出等功能，而主節點實際上是一個功能齊全的FFD設備，對家庭子網節點的管理，并與家居服務器通信，實現服務器和子節點的信息交互本設計中家庭內部節點主要由射頻芯片CC2430和TMS320VC5402芯片組成，CC2430是符合IEEE802.15.4標準（MAC、和PHY層）的ZigBee無線網絡模塊。TMS320VC5402芯片用來控制CC2430ZigBee模塊的運行，并且與GSM模塊通過MAX3111進行連接，用來進行數據的通訊。我們將ZigBee的協調器節點和GSM模塊集成在一塊板子。節點在空閑時間處于睡眠狀態，當用戶有控制信號或者數據采集要求時采用中斷將節點喚醒，完成數據采集或控制任務，并上報相關信息。

　　系統構成圖如下所示：

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　　主控中心模塊它承擔著短信的接收，命令的判斷，執行命令的發出或直接驅動，并將機器的工作狀態用短信發給移動終端。

　　這種工作可以選用低價普通的C51單片機。但考慮要在以后擴展基于圖像的彩信反饋的應用，所以在本設計中控制器的處理機選用了TMS320VC5402芯片。DSP主控模塊采用了TMS320VC5402EVM評估板及仿真器。TMS320VC5402EVM提供了2個BCMSP的直聯接線口J6,J7和PHI的驅動口J2及J5與仿真器的接口連接。該板有512KRAM數據存儲，64KRAM作為程序儲存。4KFLASH存儲器，可用于存儲需保留的數據。

　　TMS320VC5402要與GSM模塊相連就要擴展RS232接口，TMS320VC5402只提供了2個多通道帶緩沖同步串行口MCBSP0,MCBSP1。如果實現對接，就要對MCBSP串口進行轉換。我們這里使用的是MAX3111芯片。MAX3111芯片具有尺寸小，價格低，功耗少，通信速率高等特點。用MAX3111芯片實現同步串行數據接口到異步串行口（RS-232）的轉換。可與H6221的RS232口相連。MAX3111包括UART和RS-232兩個部分，其中UART部分包括兼容SPI的串行口，可編程波特率發生器，發送緩沖器及發送移位寄存器，接收緩沖器，接收移位寄存器，8字節接收FIFO,以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產生器。而RS232部分包括自帶電容的電泵。

　　由于MAX3111是3.3V器件，TMS320VC5402的MCBSP串行接口工作SPI模式時可直接與MAX3111連接實現與RS232設備異步數據傳輸。此時TMS320VC5402作為SQI協議中的主設備，發送時解信號（BCLKX）作為MAX3111的串行時解輸入，發送幀同步信號（BFSX）作為MAX3111的原選信號（TCS）。BDX與DIN連接作為發送數據線。BDR與DOUT作為接收數據線。

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　　MAX3111的功能可通過BDX線向其發送16位的控制字配置命令來定制。MAX3111的TX與T1IN連接，RX與R1OUT連接以便利用其片內的轉換器實現UART到RS232電平轉換。

　　MAX3111串斷信號（IRQ）與DSP的外部中斷LNTO相連。這樣無需任何其它外圍器件。由于異步收發由MAX3111硬件實現，所以TMS320VC5402的軟件編程只需考慮與MAX3111之間的同步數據通信。

　　TMS320VC5402與CC2430的聯接是系統的執行環節。由于CC2430是C51為核心的，所以TMS320VC5402與CC2403連接類似與C51單片機的連接，只是CC2430的電平為2—3.9伏。

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　　而TMS320VC5402接口電平為3.3伏，正好能直接匹配，減少了電平轉換的麻煩。

　　執行終端在接收到對本機的呼叫并確認中心所下達的執行命令時就驅動相應端口的輸出腳，如上圖中的P0.0驅動三極管Q,帶動繼電器J0,三個常開接點閉合，J0.1課帶動負載，而J0.2由P1.0檢測，J0的狀態，可供查詢。

　　用CC2430芯片組成ZigBee的無線網絡可以在節點間進行，接力傳輸每個節點間距離可達70米，在節點間距離較密時網絡節點有自愈功能。這種網絡可支持較大規模網絡，節點可達6萬多。在實現ZigBee的軟件方面要有ZigBee協議棧的支持，現在廠家以可以免費支持，這使得基于利用CC3430無線單片機，ZigBee技術的無線網絡可以得到普級。

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　　本設計選用了星型組網方案。星型網絡以網絡協調器為中心，所有設備只能與網絡協調器進行通信。ZigBee網絡的協調器節點和主控模塊相互連接來進行數據傳輸。在ZigBee網絡中，所有節點的傳感器數據都通過路由送往協調器節點。每個傳感器節點可以設置成睡眠模式，在沒有數據發送的時候進入休眠，以節省功耗，延長使用壽命。根據ZigBee協議，每個ZigBee主設備可以連接多達254個從設備，一個區域內最多可以同時存在100個獨立且相互重疊覆蓋ZigBee網絡。所以，網絡容量很大，能滿足大多數需求。網絡中的數據傳輸采用了碰撞避免機制和完全確認的數據傳輸機制。而且網絡層和MAC層都有安全策略，且安全分級，各個應用可以靈活確定其安全屬性。所以整個網絡的可靠性和安全性都比較高。其工作流程為：

　　a.由用戶手機發送規定好的命令給GSM模塊，DSP主控模塊收到GSM發來的命令后，解釋該命令。解釋完命令后發給主控中心的ZigBee無線射頻模塊，由該模塊把命令發給相應的分控終端設備，分控終端設備收到命令后做出相應的動作。

　　b.當分控終端收到命令后會有兩種動作：一種是做出相應的動作后向上層做出應答，另一種是主控中心把收到分控終端的信息，通過GSM以短信形式發到用戶手機上。

　　到此己經完成了用戶在遠程對家庭內部的電子設備的控制與監測。

　　3 系統的調試

　　1.短信收發的調試：這個環節主要完成驗證所選用的GSM調制解調器AT命令的兼容性。可在PC機上用超級中端來調試。

　　2.TMS320VC5402的同步串口MCBSP1與MAX3111的串行口的調試。要保證能正確接受到短信，調試過程要用TMS320VC5402仿真器。

　　3.TMS320VC5402的同步串口MCBSP0與CC2430的連接，這兩個芯片要分別用仿真器兩臺電腦調試才能發現問題出在那一邊。

　　4.調試ZigBee網絡，中心控制器的CC2430和被控端的CC2430分別用仿真器分段調試，調通ZigBee鏈路。

　　5.調試被控端CC2430的驅動端口，能按要求驅動繼電器。

　　6.逐級聯調，以中心控制器為中心按各個方向的協議調通。

　　7.調試中心控制器的控制和管理邏輯。

　　8.全系統聯調測試。過程中用到一個TMS320VC5402仿真器和兩個CC2430仿真器。

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　　4 結論及展望

　　本設計的主題是建立一個基于GSM短信息的家居智能化控制系統，實現對家庭設備，家居環境狀況的控制與監測。GSM短信息模塊執行接收短信息給用戶手機及發送用戶手機的短信息，建立了用戶手機和DSP主控模塊的遠程通信功能，系統通過ZigBee無線通信技術實現子功能模塊與主控模塊之間的通訊。

　　本系統的優勢和創新主要體現在以下幾個方面：

　　1.設計了基于新標準ZigBee的無線技術在智能家居行業的應用方案，這在家居行業的技術發展和應用方面的研究具有前沿性和實用性。

　　2.根據人們平時通信的習慣，設計基于GSM短信來遠程控制家電的系統易于被人們所接收，并且在不需要很強實時性的家居控制中具有方便，快捷，高效率低運行成本的優勢。

　　3.系統采用DSPTMS320VC5402,不僅有很好的性價比也為以后系統升級擴展留有余地。在今后可以利用基于GPRS的彩信服務或3G移動通信，反饋信息可以向圖形、圖象的視頻信息方向發展。這時，中心控制器要有足夠的能力處理視頻，這時DSP就大有用武之地。

　　4.在設計中解決了DSPTMS320VC5402與GSM模塊相連接的接口問題。

　　因此基于GSM短信的智能家居控制系統具有較好的社會發展前景。

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三、基于物聯網的智能家居控制系統設計

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　　隨著人們生活水平的提高和科技的發展，家庭智能化已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。家庭智能化即智能化家居(Smart Home)，亦稱數字家園(Digital Family)、家庭自動化(Home Automation)、電子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home)、網絡家居(Network Home)、智能屋(Wise House，WH)、智能建筑(Intelligent Building)等。它是利用計算機、通信、網絡、電力自動化、信息、結構化布線、無線等技術將所有不同的設備應用和綜合功能互連于一體的系統。它以住宅為平臺，兼備建筑、網絡家電、通信、家電設備自動化、遠程醫療、家庭辦公、娛樂等功能，集系統、結構、服務、管理為一體的安全、便利、舒適、節能、娛樂、高效、環保的居住環境。其從控制層次來分，一般由中央控制中心、家居智能控制終端、小區智能控制系統、家庭網關和外部網絡幾部分組成。

　　1 智能家居系統體系結構

　　家居系統主要由智能燈光控制、智能家電控制、智能安防報警、智能娛樂系統、可視對講系統、遠程監控系統、遠程醫療監護系統等組成，框圖如圖1所示。

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　　2 系統主要模塊設計

　　2.1 照明及設備控制

　　智能家居控制系統的總體目標是通過采用計算機、網絡、自動控制和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統。系統中照明及設備控制可以通過智能總線開關來控制。本系統主要采用交互式通信控制方式，分為主從機兩大模塊，當主機觸發后，通過CPU將信號發送，進行編碼后通過總線傳輸到從模塊，進行解碼后通過CPU觸發響應模塊。因為主機模塊與從機模塊完全相同，所以從機模塊也可以進行相反操作控制主機模塊實現交互式通信。系統主框圖如圖2所示，系統主從模塊的程序流程圖如圖3所示。其中主機相當于網絡的服務器，主要負責整個系統的協調工作。

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　　對于燈光控制，可以形成不同的燈光情景模式，以營造舒適優雅的環境氣氛。為了提高系統的可維護性及可靠性，設計時應使系統具有智能狀態回饋功能、故障自動報警功能、軟啟動功能。系統能自動檢查負載狀態，檢查壞燈、少燈，保護裝置狀態等;也可以根據季節、天氣、時間、人員活動探測等作出智能處理，達到節能目的。

　　對于其他家電設備及窗簾控制，與照明控制類似，均可采用手動和自動控制兩種方式。

　　2.2 智能安防及遠程監控系統設計

　　智能安防系統主要由各種報警傳感器(人體紅外、煙感、可燃氣體等)及其檢測、處理模塊組成。入侵檢測報警電路及其他火災、燃煤氣泄漏報警電路類似，其中入侵檢測報警框圖及電路如圖4所示。

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　　圖4中，DTMF(雙音多頻)收發電路如圖5(a)所示，其核心芯片為MT8880，可接收和發送DTMF全部16個信號，具有接收呼叫音和帶通濾波功能，能和微處理器直接對接。其自動摘掛機可以通過單片機I/O口控制一個繼電器的開關，繼電器的控制端連接一個電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。

　　GPRS通信模塊——TC35模塊主要通過串口與單片機連接，實現單片機對TC35模塊的控制，從而實現遠程控制功能。電路如圖5(b)所示。

　　2.3 遠程醫療系統設計

　　智能家居系統中，遠程醫療應用應該說還沒有引起廣泛關注，但實際上它又是今后智能家居發展的一個方向之一。本系統提出的基于GPRS的遠程醫療監控系統由中央控制器、GPRS通信模塊、GPRS網絡、Internet公共網絡、數據服務器、醫院局域網等組成。其框圖如圖6所示。

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　　系統工作時，患者可隨身攜帶的遠程醫療智能終端首先實現對患者心電、血壓、體溫進行監測，當發現可疑病情時，通信模塊對采集到人體現場參數進行加密、壓縮處理后，以數據流形式通過串行方式(RS 232)連接到GPRS通信模塊上，并與中國移動基站進行通信，基站SGSN再與網關支持節點GGSN進行通信，GGSN對分組資料進行相應的處理并把資料發送到Internet上，并且去尋找在Internet上的一個指定IP地址的監護中心，并接入后臺數據庫系統。這樣，信息就開始在移動病人單元和遠程移動監護醫院工作站之間不斷進行交流，所有的診斷數據和病人報告電子表格都會被傳送到遠程移動監護信息系統存檔，遠程移動監護信息系統存儲數據以供將來研究、評估、資源規劃所用。該GPRS遠程醫療智能終端的硬件框圖如圖7所示。系統監護中心由監控平臺和信息管理系統、電子地圖、電子病歷等組成，系統軟件的框圖如圖8所示，其中電子病歷系統中的病人詳細病歷界面如圖9所示。

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　　3 系統部分軟件設計

　　3.1 電話報警部分程序

　　電話報警部分程序如下：

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　　3.2 防盜報警及遠程控制軟件

　　系統開機初始化，首先進入開機界面，然后進行參數設置。若直接選擇確定則默認原設置，也可對默認設置進行重設。設置完成后，各傳感器開始采集、處理參數，在液晶上顯示各參數并通過GPRS將數據發送至用戶手機。

　　4 結語

　　本智能家居系統提供廣泛的信息交互功能，優化居住環境，幫助人們有效地利用空間、節約各種能源，實現了對家電、防盜報警、環境、設備等控制，實現了遠程控制功能，與其他系統的一大區別是加入了遠程醫療監護系統。由于物聯網的互聯體系標準尚未統一，各種子系統較多等原因，系統的兼容性和穩定性需要進一步提高和改進。

四、RS-485總線實現智能家居網絡系統

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　　智能家居系統由一個主控制器和各節點模塊組成，主控制器有以ARM LPC2364為核心和MAX3088構成的RS一485接口，可以掛接最多256個設備節點。

　　MAX3088芯片支持最大10 Mb／s的傳輸速度，使傳輸一些大數據量信息成為可能，而且還提高了系統通信的實時性。其整體結構如圖1所示。

　　該系統通過以LPC2364為核心的主控制器連接外部Internet網絡和家庭RS一485網絡，摒棄了傳統的以家庭電腦為主控制器的方法，不僅節省了開支，而且省電節耗效果明顯。另外，保留了一個RS-232接口，以方便與家庭電腦通信，也為以后的系統升級提供了方便。LPC2364是飛利浦公司的一款帶有以太網控制器的ARM芯片，具有豐富的外設、較高的速度、工業級的控制標準，是穩定、經濟的最佳選擇。其次，RS一485總線的掛接節點，按其功能可以分為家電控制模塊節點、安防控制模塊節點、燈光控制模塊節點等。

　　1 總體方案設計

　　智能家居系統包括多方面控制，如家電控制、安防報警控制、燈光控制、三表控制、門窗控制等。

　　每一方面的控制都包含了很多小的節點。本文選擇代表性較強的家電控制和安防監控模塊進行了重點設計。

　　1.1 家電控制模塊

　　現代家庭中主要使用的電器的共同特點是繼電器控制。在家電的控制板上將功能繼電器相應的控制線與模塊MCU連接，通過RS-485總線接口就可以方便地使用該系統進行控制，如圖2所示。

　　使用7 bit輸入／輸出的達林頓管芯片MC1413驅動繼電器，來控制相關的開關量。如對空調來說，溫度控制、風向控制等是按鍵的開關量，都可以由繼電器來完成相應的控制。考慮到要嵌入家電中，控制節點盡量做得精小，而且沒有復雜的控制對象，選用AT89C2051單片機作為控制器。RS-485通信接口使用MAX1487芯片，允許掛接125個家電，采用半雙工通信方式，通信速率為2.5 Mb／s。家電控制通信只是進行控制命令和家電狀態信息的傳輸，數據量很小。該芯片通信速率能夠滿足要求。

　　1.2 安防監控模塊

　　安防系統由煙霧傳感部分、煤氣傳感部分、實時監控部分等組成，實現了防火、防煤氣中毒、防盜監控等功能。這些組成部分由煙霧傳感器和煤氣傳感器等傳感器組成，結合A／D轉換芯片傳輸信息。

　　實時監控部分采用Ovinmin公司生產的OV7141圖像采集芯片。OV7141是高度集成的攝像芯片，支持多種格式，內設串行控制總線（serial Camera Control Bus，SCCB）接口，提供簡單控制方式，可以對OV7141芯片內部所有寄存器值進行修改 。OV7141包含有8 bit數據（DO，D1，D7），同步信號VSYNC、HREF、PCLK，這些信號需要送給CPU以讀取圖像數據和保證同步。

　　由于OV7141默認幀頻為30 Hz，像素為640×480= 307 200，在此幀頻下的圖像數據傳輸速率為9.216 MB／s。在不考慮同步的情況下已遠超過串口的響應速度，必須重新設置以降低幀頻和像素。

　　在該系統中對OV7141的訪問有：

　　① 設置地址號為0xl1的幀頻控制器CLKRC，以降低幀頻；

　　② 設置地址號為0x14的控制器COMC，以設置像素為320×240；

　　③ 設置地址號為0x28的COMH，以設置掃描格式 。

硬件電路如圖3所示。

　　單片機89C51的內部數據存儲只有128 ByteRAM，必須外擴數據存儲器存儲圖片。由于單片機串口速度的限制，OV7141的像素設置為320×240，采集黑白圖片，這樣一幀圖片的存儲空間約為76 800 bit，即9.6 KB。外擴一個比9.6 KB大的存儲器即可，選擇32 KB的62256芯片可存儲多幀圖片。

　　數據的傳輸速度受到串口速度的限制，必須提高串口波特率。根據系統特點，在使用串口傳輸方式3時，波特率可變，可以根據傳輸效果實時改變。表1所示是采用不同波特率時一幀（一幀按9.6 KB計算）圖片的傳輸時間。

　　2 網絡通信

　　2.1 網絡設計

　　單片機構成的多級系統常采用總線型主從式結構。所謂主從式結構，即在多個單片機中，一個主機負責通信管理，其余的都是從機，從機要服從主機的調度和支配。主機還負責通過網絡接口進行遠程通信。

　　在實際的多機應用系統中，常采用RS一232、RS一422或RS一485串行標準總線進行數據傳輸。根據傳輸距離和通用性，選擇RS一485總線，單片機采用串行口工作方式3通信。

　　每個從機都有惟一的地址碼，該地址碼就是從機身份的識別標志。

　　2.2 通信機制

　　系統采用了RS一485總線通信方式，如圖4所示。通信中采用“輪詢制”，中繼器作為主設備不斷向下發送設備請求應答幀，而接人從設備不能主動發送數據。任何時刻，總線只處于一種方式，即接收數據或發送數據。系統初始化一旦完成，總線即被置為接收狀態，當從設備接收完主設備發來的消息后，立即通過軟件將總線置為發送狀態，等從設備發送完一幀數據又立即轉為接收狀態，等待主設備的請求幀。如果發來的請求幀中，設備ID地址和自身ID地址一致，接收設備就檢查這個幀是否正確。

　　表2所示為主機地址幀，從機的地址碼為00H，01H，02H，并用地址碼FFH命令從機復位。

　　表3所示為主機給從機的命令幀，OlH為主機命令從機接收數據，02H為主機命令從機發送數據。

　　如表4所示，數據字描述的都是開關量的信息，可以作為狀態信息傳送給主機，也可作為主機發送的命令格式。

　　2.3 通信流程圖

　　通信流程圖如5所示。

　　3 結語

　　系統實現了低成本、長距離傳輸，滿足一般家庭的遠程控制家電需求，具有較高的經濟性和實用性。

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