本文主要通過設(shè)計一種主要利用嵌入式單片機(jī)設(shè)計的智能家居來向大家介紹下智能家居這一廣闊的世界，讓業(yè)界同仁都能對智能家居這一行投入更多的目光。

　　智能家居發(fā)展概況

　　智能家居是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺，安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。智能家居是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居分為本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種類型。本地控制是指可直接通過網(wǎng)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)對燈及其他電器的各種智能控制。遠(yuǎn)程控制是指通過遙控器、定時控制器、集中控制器或電話、計算機(jī)等來實現(xiàn)各種遠(yuǎn)距離控制。

　　智能家居系統(tǒng)的使用群體會要求產(chǎn)品的功能更強(qiáng)大、更智能，使用更簡單方便，設(shè)計的更人性合理，并且對設(shè)備的本身是否可以升級等多方面考慮。智能化的發(fā)展在向著“以人為本”的同時，與之相應(yīng)的各種家具產(chǎn)品也是應(yīng)運而生。例如從淋浴室到多功能蒸汽房，還有加載各種人性化設(shè)計、豐富的附屬娛樂裝置的按摩浴缸等等，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代智能家居以人為本的觀念。

　　今后幾年，智能家居市場會進(jìn)入一個行業(yè)整合階段，最終可能會出現(xiàn)幾家規(guī)模比較大，品牌影響力好的廠家。從產(chǎn)品角度來講，以后的智能家居產(chǎn)品會朝著實用化、傻瓜化(操作簡單)、模塊化的方向發(fā)展。

　　智能家居控制系統(tǒng)的工作原理

　　智能家居控制系統(tǒng)是憑借各種檢測設(shè)備來收集外界數(shù)據(jù)，將收集的數(shù)據(jù)交給以ARM體系為核心的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行處理和運算，ARM體系的處理器是目前嵌入式系統(tǒng)中使用最廣泛的處理器。其采用了RISC技術(shù)，具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點，并且其支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件。

　　ARM使用大量的寄存器，使得指令執(zhí)行速度更加快速，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。它的尋址方式靈活簡單，并且指令長度固定，執(zhí)行效率更高，處理能力大大超過單片機(jī)。

　　通過RS485總線管理和控制各控制終端，并進(jìn)行處理、自動控制和調(diào)節(jié)。以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)將其經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)通過RS232串口通訊及時交給CM模塊，CM模塊發(fā)射和接收信號來為外部提供網(wǎng)絡(luò)接口，連通家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部Internet網(wǎng)絡(luò)，使得用戶可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)等方式來訪問家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。系統(tǒng)帶有LCD和鍵盤，具有良好的人機(jī)界面，方便用戶實現(xiàn)本地控制，還可以通過鍵盤來設(shè)定系統(tǒng)的任務(wù);系統(tǒng)留有豐富的功能擴(kuò)展接口，通過這些擴(kuò)展接口將來還可以實現(xiàn)家電控制、安防和智能抄表等應(yīng)用。

　　智能家居控制系統(tǒng)的硬件主要由嵌入式控制器、CM模塊、鍵盤/LCD、電源、外設(shè)狀態(tài)檢測及控制模塊、報警裝置、外部擴(kuò)展的SDRAM 和FLASH組成。其中，控制系統(tǒng)的主控芯片采用S3C4510B，使用ARM7TDMI核，工作頻率在50MHz。S3C4510B經(jīng)過串口擴(kuò)展與CM模塊相連，用戶通過Internet網(wǎng)絡(luò)等接入技術(shù)來訪問家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了用戶對家居環(huán)境的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程查詢、集中管理和控制。S3C4510B通過電平轉(zhuǎn)換芯片提供RS485總線接口與家用設(shè)備相連接，來收集和處理家用設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù);鍵盤/LCD交互接口，方便用戶與控制系統(tǒng)間的對話;電源管理接口為S3C4510B提供工作電源;報警裝置為用戶提供報警信息。外設(shè)狀態(tài)檢測及控制模塊可以對受控終端自動完成信息采集等工作，并能夠根據(jù)模塊的命令改變受控終端的狀態(tài)。系統(tǒng)工作時，監(jiān)控終端循環(huán)檢測安裝在室內(nèi)的門磁、紅外、煙霧、燃?xì)獗O(jiān)測等傳感器，當(dāng)檢測到有異常情況發(fā)生時，終端控制警笛發(fā)出告警聲音，提醒戶主及物業(yè)管理人員有險情發(fā)生并采取防范措施，完成家電控制、安防、抄表控制等功能。

[nextpage]

　　智能家居控制系統(tǒng)

　　家庭安防子系統(tǒng)

　　家庭安防系統(tǒng)作為智能家居分機(jī)系統(tǒng)中的一個重要部分，具有非常重要的意義。隨著物資生活提高，人們對家庭財產(chǎn)的保護(hù)意識越來越強(qiáng)，而安裝防盜門、防盜網(wǎng)的做法，不僅有礙美觀，且不符合防火要求，更不能有效地防止犯罪分子對住宅的入侵;另外如果家人發(fā)生緊急情況，如生病等無法及時撥打求救電話，會非常危險。因此，一套集防火、防盜等功能于一體的住宅安防系統(tǒng)是智能家居控制系統(tǒng)的重要組成。

　　本系統(tǒng)總體設(shè)計思路是：當(dāng)家人外出時，傳感器自動收集火情、盜情信息傳輸給單片機(jī)，CPU做出判斷處理后，控制以MT8888為核心的撥號電路，拔打預(yù)先設(shè)置的1～6組電話/手機(jī)號碼(用戶個人電話、單位電話、盜警電話110，火警電話119、緊急呼救120等)完成自動呼叫，并利用以ISD4004為核心的語音系統(tǒng)，播放相應(yīng)的語音信息，實現(xiàn)自動遠(yuǎn)程語音報警求助。遠(yuǎn)程報警結(jié)束后，安裝在室內(nèi)的聲光報警系統(tǒng)自動啟動，告知周圍鄰居家中發(fā)生的情況，實現(xiàn)就地報警求助，同時對侵入室內(nèi)的盜竊分子起到震懾作用;家中行動不便或突發(fā)疾病的老人需要緊急救助時，可方便地按下四鍵遙控器的相應(yīng)按鍵，經(jīng)單片機(jī)處理后，發(fā)出相應(yīng)的遠(yuǎn)程求助語音信息;時啟動室內(nèi)語音系統(tǒng)，向周圍鄰居發(fā)出緊急呼救信息，實現(xiàn)就近救助。

　　家電控制子系統(tǒng)

　　家電控制的智能化已成為社會需求的新趨勢?；谖C(jī)控制系統(tǒng)的智能化家電使我們的生活更加便利。家電產(chǎn)品現(xiàn)已進(jìn)入成熟期和穩(wěn)定期，市場規(guī)模穩(wěn)步上漲，但競爭日愈劇烈，其核心部件，即控制器性能及質(zhì)量對企業(yè)產(chǎn)品的影響很大。在這個背景下，可以自主控制的家電控制系統(tǒng)，就逐漸顯示出競爭力，這也符合時代發(fā)展的客觀需要。

　　本設(shè)計主要基于AT89S52單片機(jī)，并通過C語言來實現(xiàn)多路家電的實時開關(guān)控制、定時進(jìn)行開關(guān)操作以及工作狀態(tài)返回等三個功能程序，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合帶有HJPC51-B的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)來進(jìn)行硬件調(diào)試。完成該基本要求以后，還可考慮加入外接鍵盤或外接存儲器以及ISD語音芯片，并添加錄放音程序，從而實現(xiàn)家電語音提示的控制。

　　本設(shè)計采用的硬件芯片為AT89S52芯片，同時選用了8盞綠色LED指示燈，8塊LED數(shù)碼顯示管，其中3個分別與單片機(jī)的INT1、T0、T1相連，以用來接收外部信號的按鍵，另外還使用了一個74LS245模塊和兩個74ALS573模塊。整個硬件的核心是AT89S52芯片。該芯片的P1.0~P1.7口通過74LS245與8盞LED燈相連，這8盞指示燈在實時開關(guān)中起到直接顯示的作用，而在定時開關(guān)中兼有故障檢驗功能。P0.0~P0.7口和P2.0~P2.7口分別通過兩個74ALS573模塊與八個LED數(shù)碼顯示管相連。8個數(shù)碼管中，左起第一個用來指示具體某一路電器的開關(guān)狀態(tài)，第二個指示哪一路電器被選中，第三和第四個顯示小時數(shù)，第五和第六個顯示分鐘，第七和第八個顯示秒數(shù)。另外，硬件電路中還特別配備了小燈，可作為按鍵是否按下的標(biāo)志。

　　家居抄表子系統(tǒng)

　　運用ARM 和AdHoc技術(shù)設(shè)計的一個遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有成本低，可靠性高，維護(hù)方便的優(yōu)點，可以用于電、氣、水、油等的遠(yuǎn)程抄表。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心。所有節(jié)點的地位平等，即是一個對等式的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強(qiáng)的抗損性。網(wǎng)絡(luò)的布局或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)節(jié)點要與其覆蓋范圍外的節(jié)點進(jìn)行通信時，需要中間節(jié)點的多條轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的，而不是由專用路由設(shè)備完成，每個節(jié)點包含了一個路由器和主機(jī)，而且往往是在同一臺機(jī)器上。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。其節(jié)點可以隨處移動，也可以隨時開機(jī)和關(guān)機(jī)，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化。這些特點使得使用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為無線抄表系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與普通的無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線通信網(wǎng)絡(luò)相比有著顯著優(yōu)勢。

　　此系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)為核心，通過串行總線系統(tǒng)與Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中位于主站的節(jié)點相連接，以ARM 處理器為核心對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。各個采集終端定時通過各自所對應(yīng)的計量器具獲得所需數(shù)據(jù)。然后各個采集終端對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，再利用自身節(jié)點通過Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)傳送給主站接收。必要的時候主站也可以通過Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)對各個采集終端發(fā)出命令來主動得到計量數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置。在此系統(tǒng)中，并沒有采用傳統(tǒng)的有線的數(shù)據(jù)傳輸方式，而是采用Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，避免了在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下布線和線路一旦損壞所帶來的維護(hù)上的不便。并且使用了以ARM7系結(jié)構(gòu)的LPC2478作為主站處理器，使得整個系統(tǒng)移動性更加靈活，傳輸可靠性得到更好的保障，維護(hù)更加方便，成本也更低，操作起來也更加方便簡潔。

　　結(jié)語

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們物質(zhì)文化需求的日益增長，智能家居系統(tǒng)能大大提高人們的生活質(zhì)量，為人們帶來高度智能化的生活，必將受到人們的青睞，家庭自動化的市場前景是相當(dāng)廣闊的。家居智能化是一個進(jìn)程，它推動了傳統(tǒng)的家居產(chǎn)業(yè)與新興的信息等產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。推進(jìn)家居智能化的目的是為人服務(wù)的。

　　我們應(yīng)該建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)平臺，在其上開展個性化的服務(wù)。我們期待著那一天，現(xiàn)在所說的智能控制產(chǎn)品都成為傳統(tǒng)家電，而更高功能的智能控制系統(tǒng)將普及應(yīng)用。智能家居控制系統(tǒng)為日常生活提供了各種便利的條件，尤其在使生活簡單，節(jié)約能源方面更是傳統(tǒng)家居無法比擬的。本文設(shè)計的這樣一種多功能家居控制系統(tǒng)相信在不久的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)，為人們的生活提供方便。