基于智能手機與PC機的智能家居系統(tǒng)設計

 1 引言
    在信息化時代，不管是手機還是家電產品都逐漸融入網絡中，信息家電是將現代網絡通信技術融入到傳統(tǒng)的家用電器，使之成為具有信息訪問、獲取、存儲、處理、聯網等功能的消費類電子產品。信息家電的出現改變了傳統(tǒng)的家電控制方式，不僅可在本地對其進行控制，而且還可通過Internet網絡控制家庭內部聯網家電設備。由于手機和PC機的普及，采用現有的互聯網使智能家居成為可能。

2 智能家居控制系統(tǒng)總體方案設計
    智能家居系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示，該系統(tǒng)由兩大部分組成：以PC為核心的家庭主監(jiān)控中心及分散于各監(jiān)控點的，以單片機為從控制中心的智能家電和監(jiān)控設備前端系統(tǒng)；以移動電話作為遠程控制器，利用互聯網作為橋梁實現遠程異地控制。

    系統(tǒng)功能實現是監(jiān)控中心PC通過單片機監(jiān)控軟件實時循環(huán)采集各項數據，當發(fā)現異常情況時，系統(tǒng)通過短信或圖像等報警方式給用戶發(fā)送信息，并根據預先設置的應急程序進行處理，如煙霧、煤氣檢測異常等。用戶也可通過手機或計算機利用因特網瀏覽器訪問控制器站點對智能家電進行遠程設置，如空調/電熱水器的開啟／關閉及其溫度設置等。

3 系統(tǒng)硬件設計
    硬件系統(tǒng)包括以智能手機為主的遠程控制部分和以家庭PC機為主的家庭控制中心兩部分。
3．1 遠程控制終端
    隨著智能手機的發(fā)展．其功能迅速增強。在2006年“科博會”，諾基亞稱其高端手機為“多媒體電腦”，并展示其強大功能：視頻通話、移動電郵、多人聯機游戲、即時影像、無線支付等增值服務，并強調手機將成為人們登錄互聯網索取信息的主要工具。未來智能手機功能將更強大，如GPS、開源操作系統(tǒng)、電視驗證接入、家庭基站等。目前3G正加快移動網絡和傳統(tǒng)互聯網間的融合，使手機不斷朝PC化方向發(fā)展。
    無線應用協議WAP(Wireless Application Protocol)是在數字移動電話、因特網或個人數字助理機(PDA)、計算機應用之間進行通訊的開放式全球標準，通過WAP可將Internet的大量信息及多種業(yè)務接人到移動電話、PDA等無線終端中。這使得手機訪問用戶終端PC機成為現實，只需對其安裝相應的軟件，并對終端PC機作相應的訪問設置即可。用戶通過注冊的用戶名和密碼登錄智能家居控制中心PC機，獲得管理的終端編號(可有多個設備)，然后選擇一個所需的控制終端，實現用戶進程與所屬智能家居數字終端硬件網卡(MAC碼)的綁定。從而利用智能手機通過互聯網實現對智能家居終端的遠程控制。
3．2 家居終端設備的硬件設計
    一般智能家居的安防設備主要指煙霧火警、煤氣檢測、監(jiān)控攝像、電源過流／過壓檢測、緊急呼救裝置及被監(jiān)控設備的斷/合裝置等，而智能家電指嵌入式的空調、冰箱、彩電、電熱水器等家電產品。以PC機為主監(jiān)控器，通過單片機將其他各監(jiān)控模塊連接起來，實現遠程控制。以消防設備火災探測報警器Sn-828-2PL(聯網型)為例說明(其技術參數見表1)。

    光電有線煙霧探測器的功能特點有：采用微處理器控制；自動復位／斷電復位可選；紅外光電傳感器；聯網輸出N．C．/N．O．可選；LED指示報警；金屬屏蔽罩，抗電磁干擾；環(huán)境適應性強；SMT工藝制造，穩(wěn)定性強；防塵、防蟲、抗白光干擾設計。PIC16F873型單片機具有哈佛總線和RISC結構，4 KBFlash程序存儲器，192 B片內數據存儲器RAM，14種中斷源，8級硬件堆棧，片內集成同步串行口SSP(SPI和I2C)及同步、異步收發(fā)器(USART)以及看門狗電路等。另外，單片機內部具有5通道10位精度的A／D轉換器，可滿足系統(tǒng)對模擬信號轉換的精度要求。片內128 B的E2PROM可用作系統(tǒng)掉電保護，從而無需外接E2PROM掉電保護電路，節(jié)省了系統(tǒng)資源。因此，本設計選用PIC16F873作為各種檢測器和智能家電的控制核心。圖2為煙霧監(jiān)控模塊電路。

    圖2中，在單片機與火災探測報警器Sn-828-2PL的接口電路中，光電有線煙霧探測器將輸出信號接至PIC16F873的RA0引腳，相對煙霧信號以直流電壓／電流信號的形式接至PIC16F873的RA0腳，PIC16F873完成A/D轉換，并在單片機內部進行相應程序的處理，從而實現監(jiān)控。

4 監(jiān)控系統(tǒng)程序設計
    用戶終端監(jiān)控系統(tǒng)程序設計可分為上位機PC的管理系統(tǒng)設計和下位機的監(jiān)控程序設計。
4．1 上位機管理程序設計
    智能家居的監(jiān)控是通過控制智能家居數字終端實現的。用戶利用互聯網登錄用戶終端PC，智能家居控制中心PC將用戶的指令傳至指定的家庭終端。因此控制中心PC的設計相當于建一個網站，以便可遠程上網訪問，其主要設計是配置計算機的IP地址、子網掩碼、默認網關及DNS域名，這時計算機就相當于一臺服務器。上位機的管理系統(tǒng)設計可采用VB等語言編寫，其主要由主控、設置、循環(huán)監(jiān)控、報警與通信等幾大模塊組成(圖3)。

    啟動系統(tǒng)時，主程序從主控模塊開始，而其他模塊的啟動則由主控模塊控制。該模塊主要完成系統(tǒng)啟動時的初始化工作，協調其他功能模塊的調度，系統(tǒng)必須從該模塊開始才能正常運行。參數設置模塊：此模塊為查詢設置窗口，主要設置系統(tǒng)的各種運行參數，如參數的添加、刪除、修改等基本功能操作。循環(huán)監(jiān)控模塊：主要是實時在線顯示采集到的監(jiān)測數據，并負責將其寫入內存。其工作過程是定時從共享內存中讀取采集到數據信息，并對數據進行分析后在界面上顯示出來。可將正常數據和超標數據分開顯示，讓用戶更容易對數據進行監(jiān)控。報警與通信模塊：從報警數據共享內存中讀取報警數據，并向用戶發(fā)送信息或圖片等，提醒用戶進行操控同時在界面上顯示報警信息的位置和報警的原因，方便用戶了解報警信息；而通信模塊接收從各個監(jiān)測單元中發(fā)送來的監(jiān)測數據，處理后將其寫人監(jiān)測數據共享內存中，以便查詢。
4．2下位機監(jiān)控程序設計
    以PIC16F873型單片機為從控制器，系統(tǒng)軟件設計流程如圖4所示。硬件方面需采用相應的傳感器，如攝像頭、煙霧等傳感器將采集到的模擬參數送人各自的信號處理電路進行處理(放大、濾波等)，然后送入單片機PIC16F873進行A／D轉換，然后通過單片機進行控制處理。因采樣點較多，故對各監(jiān)控模塊進行編號，這樣單片機PIC16F873可采用定時循環(huán)方式采集各個監(jiān)控模塊的參數，并將相關參數值實時送至PC機，以便用戶通過智能手機訪問此PC機來查看各設備的運行情況。當判斷監(jiān)控模塊i的信號時，若判斷正常則修改循環(huán)監(jiān)控模塊檢測參數，對下一個監(jiān)控模塊進行檢測，如此循環(huán)往復：當模塊i的檢測信號判斷不正常時，則發(fā)出報警，并啟動相應的異常應急處理程序，同時檢測下一模塊信號，這樣循環(huán)往復按順序檢測每一監(jiān)控模塊。

5 結束語
    該系統(tǒng)利用智能手機與PC機及一些簡單外圍電路實現智能家居工作狀態(tài)的無線實時監(jiān)控，其數據采集系統(tǒng)可通過改進傳感器節(jié)點，逐步拓展至其他諸如工業(yè)控制、儀器儀表等領域對象的狀態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點是利用公用的移動通信網、互聯網等資源快速建網，且通信可靠、投資少，具有廣闊的應用前景，但在各方面還有待完善和提高的地方。