摘要：本文針對(duì)智能家居系統(tǒng)集成度低，各系統(tǒng)間聯(lián)系不大的狀況，介紹了一種采用單片機(jī)為控制核心的，基于CAN總線的組網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合公用電話(huà)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)樓宇對(duì)講、電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控和多點(diǎn)報(bào)警等功能的智能家居控制系統(tǒng)。
1 引言
智能家居于20世紀(jì)80年代興起于日本和歐美，于90年代末進(jìn)入中國(guó)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高逐漸為國(guó)人所了解和接受。目前國(guó)內(nèi)的各種智能化系統(tǒng)和產(chǎn)品較多，但各系統(tǒng)相互獨(dú)立，集成度較低，彼此聯(lián)系不大。比如樓宇對(duì)講系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、家用電器自動(dòng)控制系統(tǒng)等，都各有自己的終端，沒(méi)有統(tǒng)一的智能控制平臺(tái)。對(duì)用戶(hù)而言，這種狀況增加了使用成本和操作的復(fù)雜性；對(duì)施工而言，則導(dǎo)致了重復(fù)布線。本文針對(duì)此種狀況，設(shè)計(jì)一種采用單片機(jī)AT89C52為控制核心，利用原有的電話(huà)網(wǎng)絡(luò)，將樓宇對(duì)講、安防報(bào)警和電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的智能控制平臺(tái)，并通過(guò)CAN總線組網(wǎng)與門(mén)口機(jī)和管理機(jī)相連，能實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講、電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警等功能的智能家居控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需重復(fù)布線，成本有所降低，是一種真正適用于智能家居的系統(tǒng)。
2 智能家居控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成及功能
（1）樓宇對(duì)講系統(tǒng)
樓宇對(duì)講采用小區(qū)聯(lián)網(wǎng)式系統(tǒng)，在各住宅單元門(mén)口及住戶(hù)家中安裝對(duì)講系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)訪客身份驗(yàn)明和與住戶(hù)對(duì)講，以及住戶(hù)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖的功能，從而有效地防止非法人員進(jìn)入住宅樓。
（2）家居安防系統(tǒng)
家居安防系統(tǒng)具有防盜、防火、遠(yuǎn)程監(jiān)控及報(bào)警等功能。
（3）家用電器自動(dòng)控制系統(tǒng)
家用電器自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能是控制家用電器、照明等電氣設(shè)備。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)本地集中控制家庭內(nèi)部照明或家用電器，也可以在需要時(shí)通過(guò)電話(huà)遠(yuǎn)程控制家庭內(nèi)部家電設(shè)備，節(jié)約能源。
3 智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
智能家居控制系統(tǒng)室內(nèi)分機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)及其I/O口擴(kuò)展部分、樓宇對(duì)講部分、安防報(bào)警部分、電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分、與CAN總線連接的節(jié)點(diǎn)部分，以及鍵盤(pán)、顯示部分組成。
圖1 智能家居控制系統(tǒng)室內(nèi)分機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成圖
3.1 單片機(jī)及其I/O口擴(kuò)展部分
單片機(jī)選用控制功能強(qiáng)大的AT89C52為主控制器，主要用于信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)處理、控制信號(hào)的輸出等，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。由于本系統(tǒng)所需的I/O口較多，單片機(jī)本身提供的I/O口不夠，故利用芯片8255對(duì)其I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。其中8255的PA口工作于輸出方式，用于對(duì)家用電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制；PB口工作于輸入方式，用于各種報(bào)警探測(cè)器的警情信號(hào)的輸入；PC口用于擴(kuò)展鍵盤(pán)。
3.2 樓宇對(duì)講部分
為了滿(mǎn)足樓宇對(duì)講系統(tǒng)中各部分的功能要求，本系統(tǒng)使用三根I/O口線和一個(gè)開(kāi)鎖鍵。
三根I/O口線中，一根做輸出，用于控制對(duì)講分機(jī)的振鈴；一根做輸入，用于檢測(cè)對(duì)講分機(jī)的摘機(jī)信號(hào)；一根用于控制對(duì)講分機(jī)的模擬音頻信號(hào)通道的控制繼電器，使用戶(hù)可以在其接通后通過(guò)音頻模擬通道直接進(jìn)行對(duì)話(huà)。開(kāi)鎖鍵設(shè)于鍵盤(pán)上，開(kāi)鎖信號(hào)通過(guò)CAN總線傳到門(mén)口機(jī)，門(mén)口機(jī)接到開(kāi)鎖信號(hào)后控制開(kāi)啟樓門(mén)鎖。
3.3 安防報(bào)警部分
安防報(bào)警部分的功能包括警情信號(hào)的輸入、本地報(bào)警、本地報(bào)警顯示、遠(yuǎn)程報(bào)警。
警情信號(hào)包括各種探測(cè)器，如窗磁開(kāi)關(guān)、門(mén)磁開(kāi)關(guān)、被動(dòng)紅外傳感器、煤氣探測(cè)器、火災(zāi)探測(cè)器等的信號(hào)。各種警情信號(hào)都接到8255的PB口。本地報(bào)警是單片機(jī)通過(guò)I/O口控制蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)由八段數(shù)碼管顯示器顯示報(bào)警類(lèi)別。遠(yuǎn)程報(bào)警包括遠(yuǎn)程電話(huà)報(bào)警和通過(guò)CAN總線向集中控制室的管理人員進(jìn)行報(bào)警。
3.4 電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分
實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的方案主要有基于Internet的遠(yuǎn)程控制、基于電力線的遠(yuǎn)程控制和基于電話(huà)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制三種。前兩種組網(wǎng)方案較為復(fù)雜，技術(shù)難度大，而且成本較高，對(duì)維護(hù)者技術(shù)水平的要求也較高。而電話(huà)網(wǎng)絡(luò)是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用較廣、成本低的通信網(wǎng)絡(luò)，本設(shè)計(jì)采用電話(huà)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)家里有警情時(shí)，用戶(hù)能通過(guò)電話(huà)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。當(dāng)需要遠(yuǎn)程控制家用電器時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)電話(huà)將控制信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)再通過(guò)8255的PA口輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器對(duì)家用電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。電話(huà)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分的電路主要包括三部分：信號(hào)檢測(cè)、模擬摘掛機(jī)電路，用HT9170和HT9200A實(shí)現(xiàn)的雙音多頻DTMF信號(hào)收發(fā)電路，用ISD1420作為錄放音元件的語(yǔ)音錄放電路。
3.5 與CAN總線連接的節(jié)點(diǎn)部分
本設(shè)計(jì)利用CAN總線對(duì)等式的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)室內(nèi)各分機(jī)之間，以及分機(jī)與總機(jī)之間信息的互通，具有各節(jié)點(diǎn)地位均等，無(wú)主從節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)。
由于主控制器AT89C52型單片機(jī)本身不帶CAN總線控制器， 本設(shè)計(jì)采用SJA1000型CAN總線通信控制器和AT82C250型總線驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CAN總線之間信息的互通。
3.6 鍵盤(pán)顯示部分
鍵盤(pán)采用4×4矩陣鍵盤(pán)，共設(shè)16個(gè)按鍵，其中有十個(gè)數(shù)字鍵，其余的為設(shè)防按鈕、住戶(hù)呼叫對(duì)講按鈕、開(kāi)鎖按鈕、確定按鈕、清除報(bào)警撤防按鈕和家電控制按鈕，分別用于各種控制信號(hào)、呼叫/求救信號(hào)、開(kāi)鎖信號(hào)、撤防/布防信號(hào)的輸入。顯示器采用串入并出的74LS164移位寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)一位LED八段數(shù)碼管，進(jìn)行控制參數(shù)或報(bào)警類(lèi)別的實(shí)時(shí)顯示。
4 智能家居控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
為使程序清晰可讀且運(yùn)行速率高，本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由主程序和相關(guān)子程序（如鍵盤(pán)掃描子程序、顯示子程序、語(yǔ)音提示子程序、撥號(hào)報(bào)警子程序、電器控制子程序等）組成。主程序流程如圖2所示。
圖2 主程序流程圖
該程序主要包括安防報(bào)警、樓宇對(duì)講和電話(huà)遠(yuǎn)程控制三個(gè)模塊。
主程序工作過(guò)程為：系統(tǒng)上電復(fù)位后進(jìn)行初始化，待初始化完成，系統(tǒng)分別對(duì)警情信號(hào)、樓宇對(duì)講呼叫信號(hào)和電話(huà)呼入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如有信號(hào)輸入，則進(jìn)入對(duì)應(yīng)的處理模塊。在安防報(bào)警模塊中，設(shè)置延時(shí)程序以消除抖動(dòng)和誤報(bào)警，延時(shí)程序主要通過(guò)調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序?qū)崿F(xiàn)。如果延時(shí)完成后仍有警情，則按順序進(jìn)行本地報(bào)警、通過(guò)CAN總線向中央控制室報(bào)警和撥號(hào)電話(huà)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)報(bào)警的功能，將損失降到最低。
樓宇對(duì)講模塊中，門(mén)口機(jī)的呼叫信號(hào)經(jīng)CAN總線傳到分機(jī)，分機(jī)檢測(cè)到此信號(hào)后，接通對(duì)講機(jī)振鈴，然后再判斷是否摘機(jī)，如沒(méi)有摘機(jī)信號(hào)，則延時(shí)再判斷。當(dāng)住戶(hù)摘機(jī)后，單片機(jī)輸出信號(hào)控制音頻通信線路的控制繼電器接通，使住戶(hù)與呼叫者得以進(jìn)行通話(huà)。
在通話(huà)期間，單片機(jī)判斷其是否掛機(jī)，如掛機(jī)則返回，未掛機(jī)則調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，判斷開(kāi)鎖鍵是否按下，如按下則通過(guò)CAN總線和門(mén)口機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)鎖。電話(huà)遠(yuǎn)程控制程序模塊的工作過(guò)程是當(dāng)有電話(huà)呼入時(shí)，先檢測(cè)是否振鈴4次，再模擬摘機(jī)，摘機(jī)后放錄音提示輸入密碼。如密碼不正確，則模擬掛機(jī)；如密碼正確，則放錄音提示輸入需控制電器的序號(hào)，然后檢測(cè)其返回的控制信號(hào)，并調(diào)用電器控制子程序，進(jìn)行家用電器的開(kāi)關(guān)控制，完成后模擬掛機(jī)。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)充分利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能和CAN總線靈活方便、可靠性高、通信速率高、價(jià)格低廉、組網(wǎng)容易等的突出特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)有的公共電話(huà)網(wǎng)絡(luò)， 對(duì)智能家居中各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)樓宇對(duì)講、電話(huà)遠(yuǎn)程控制、多點(diǎn)報(bào)警等功能。CAN技術(shù)是一種新的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 與現(xiàn)有的成熟的公共電話(huà)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合， 必將在智能小區(qū)的應(yīng)用中逐漸顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
