基于嵌入式的無線智能家居控制裝置

0 引 言
    隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，住宅智能化是人類住宅的一場新的革命，現(xiàn)代社會的家庭正在以家庭智能化帶來的多元化信息和安全、舒適、便利的生活環(huán)境，更加輕松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，作為一個理想的目標(biāo)來永恒的追求。目前，智能產(chǎn)業(yè)在世界各地已經(jīng)迅速發(fā)展，在不久的將來，沒有智能家居系統(tǒng)的住宅將會象當(dāng)今不能上網(wǎng)的住宅那樣不合潮流。因此，家居智能化將是大勢所趨。在這樣的背景下，一套便捷，穩(wěn)定的智能家居控制裝置便必不可少，本文對智能家居控制裝置的實現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究。

1 工作原理
    裝置工作原理如圖1所示，分為遠(yuǎn)程控制模塊、主控制器、從控制器和控制電路四大部分。遠(yuǎn)程計算機和手機分別通過Internet網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)與具有Windows CE平臺的主控制器相連接進(jìn)行通信。主控制器和從控制器通過串口分別與藍(lán)牙模塊相連接，通過藍(lán)牙傳輸進(jìn)行通信。從控制器直接與控制電路相連接，通過控制電路對家用電器進(jìn)行控制。

2 遠(yuǎn)程控制模塊
2．1 PC軟件控制
    PC端軟件采用Visual C++編寫，軟件界面如圖2所示，可以分別對家中的四盞燈進(jìn)行控制，分別為臥室、廚房、衛(wèi)生間和客廳的燈進(jìn)行控制。

2．2 手機GPRS遠(yuǎn)程控制
    本裝置遠(yuǎn)程控制也可以通過手機GPRS網(wǎng)絡(luò)與主控制器相連接進(jìn)行通信。GPRS模塊選用上海精致科技有限公司的無線數(shù)據(jù)終端NW18，主要實現(xiàn)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)據(jù)透明傳輸。無線數(shù)據(jù)終端NW18本身內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議，與主控制器通過串口連接，使用起來簡單方便、穩(wěn)定可靠，其實物圖如圖3所示。

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3 主控制器部分
3．1 主控制器硬件結(jié)構(gòu)
    主控制器選QT2410開發(fā)板，其核心芯片為SUMSUNG公司的S3C2410芯片。系統(tǒng)資源CPU：S3C2410(ARM920T)，RAM：2片32M Byte SDRAM，ROM：一片64M Byte NAND Flash，系統(tǒng)時鐘：12MHz，RTC時鐘：32．576MHz，內(nèi)核工作電壓：1．8V，工作頻率：203MHz，兩個串行通信接口UART0，UART1。UART0連接GPRS模塊，UART1連接藍(lán)牙模塊，從而起到了連接遠(yuǎn)程控制端和從控制器的功能。其實物如圖4所示。

3．2 主控制器軟件結(jié)構(gòu)
    主控制器擁有Windows CE操作系統(tǒng)，故主控制器軟件采用embedded C++工具進(jìn)行編寫，實現(xiàn)如下三個功能。主要流程圖如圖5所示，軟件界面如圖6所示。

    1)建立Socket并監(jiān)視是否有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，若符合自定義的通信協(xié)議則將其傳輸給從控制器。
    2)打開串口，監(jiān)視是否有GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，若符合自定義的通信協(xié)議則將其傳輸給從控制器。
    3)若有按鍵按下，處理相應(yīng)時間，并將消息傳送至從控制器。

4 從控制器部分
4．1 從控制器硬件
    本系統(tǒng)采用周立功的EasyARM2131開發(fā)實驗板。其CPU是PHILIPS公司的單片32位ARM微控制器LPC2134，它是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-STM CPU，含有128kB的FLASH存儲器系統(tǒng)，該存儲器用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲。LPC2134擁有兩個異步串行口UART0和UART1和兩個32位的通用I／O口。本裝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與藍(lán)牙模塊相連接，接受主控制器發(fā)送來的命令。I／O口分別連接控制電路的廚房燈，臥室燈，衛(wèi)生間燈，客廳燈的輸入接口。
4．2 從控制器軟件部分
    由于本裝置采用了四盞燈模擬家中的各種電器，所以軟件的主要作用是接收主控制器的命令，并將其進(jìn)行解析，將相應(yīng)的命令根據(jù)通信協(xié)議轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制信號，接入控制電路從而控制相應(yīng)的電器。軟件主要流程如圖7所示。

5 控制電路
    控制電路利用ARM7輸出信號作為使能信號，通過繼電器電路實現(xiàn)低壓直流對高壓交流電路的控制功能。ARM7輸出信號VOUTi為3．3V，電路核心部分采用“匯科HRS1H-S-DC5V”作為繼電器，該繼電器使能端要求最低電壓為2．4V，輸出端承載為“220VAC／3A”或者“24VDC／3A”。繼電器輸入端利用三極管9014設(shè)計驅(qū)動及保護電路，三極管發(fā)射極與繼電器輸入端子相連。電路原理如圖8所示，將ARM7平臺輸出信號VOUT1、VOUT2、VOUT3、VOUT4，作為后向電路的輸入控制信號：在圖X中，當(dāng)VOUT1信號為低電平時，三極管9014斷開，三極管發(fā)射極零電壓即Vo=0，繼電器線圈未工作，繼電器輸出端斷路，高壓電路斷開；反之，VOUT1信號為高電平時，三極管9014導(dǎo)通，三極管發(fā)射極電壓為：電源電壓Vcc與三極管壓降Vd差值，即Vo=Vcc-Vd，繼電器線圈工作，繼電器輸出端導(dǎo)通，高壓電路工作。在測試與演示過程中，高壓部分僅以15VDC作為測試電路，實物圖如圖9所示。

    然而在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)使用環(huán)境和要求不同，將線圈繼電器更換為光電耦合繼電器或者各類功率繼電器，以適應(yīng)用戶的使用需求。

6 結(jié)束語
    本次設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的效果，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程PC軟件，手機和本地控制家用電器(四盞燈模擬)的功能。本套基于嵌入式的無線智能家居控制裝置具有良好的應(yīng)用性，利用遠(yuǎn)程電腦，手機等終端設(shè)備我們就可以隨時隨地的控制家中的任意電器，如果在控制功能上能有所增強和突破，必然有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。