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智能家居中央控制系统设计方案 智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结 构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 开发的智能家居采用模块化的结构，无需依靠主机、复杂的布线，可以任意连接智能家居等网络设备、安防设备和所有的家庭电器，可以在居室里或远程控制所有的家电的开关时间和工作方式、控制灯光的开关亮度、设置在不同的场景下各种设备的工作方式、布置安防系统，使家居生活更具个性化，让人们在生活中体会到科技带来的便利、自由和舒适。家庭智能系统提供智能控制、信息服务和家庭安防监控三大功能模块可以单独安装使用。 中控系统示意图如下：
智能家居具有强大的控制功能： ● 直接控制：利用控制面板控制多个电器的开关或布防撤防。 ● 联动控制：报警时可以联动打开灯光， 关闭气阀、水阀等。 ● 场景控制：调节灯光开关和亮度， 应用于就寝、起居、外出、party等场合。 可以为你的工作和生活带来极大的便利，是现代时尚生活的趋势。 本设计包括无线触屏控制模块（包括红外学习模块）、电话控制模块、红外反射板、家电控制中心等构造成高科技舒适的智能家居系统。 一、触屏控制模块 终端触控显示部分硬件电路由微控制器、液晶屏和液晶显示控制器、触摸屏和触摸屏控制器、存储器以及供电电路等其它部分组成。其中微处理器采用了Winbond公司的W78E58，此单片机与工业标准MCS-51系列单片机兼容，它具有3个16位定时器，12个中断源，2个中断优先级，2个增强型串口，32KB Flash EPROM，可编程Watchdog,双DPTR指针。2片62256分别作液晶屏的显存和签名数据存储器，液晶显示触摸屏控制器采用前两节介绍的控制器。 1、触摸屏控制系统 ⑴ 液晶显示系统 液晶显示器简称LCD。LCD产品是世界上最省电的显示产品。由于液晶显示器具有低损耗、低价格、寿命长、接口方便等优点，被广泛应用于手机、照相机、计算机、智能仪器仪表等产品上。 液晶显示采用北京精电蓬远MGLS320240A模块，结构框图如下图所示。从图中不难看出该模块是内置SED1335控制器的液晶显示模块(LCM)，它由CCFT背光、SED1335控制器、32K×8SRAM、驱动单元(图中U1～U7)、液晶板等部分组成。SED1335等具有较强功能的I/O缓冲器、较强的管理显示存储器的能力(有160种内部字符发生器，并能分区管理64K的显示存储器)和闪烁显示、点位移等特性。SED1335还可以4位数据并行发送，最大驱动能力为640×256点阵。
与89C51系列单片机接口部所属的引脚如下：
根据数据的性质，显示区具有文本显示特性和图形显示区。MGLS320240A模块有320×240点阵，可以显示各种图形和文本信息。文本显示RAM区内各单元的数据都被认为是字符代码，液晶模块使用这些代码确定字符库中的字符首地址，然后将对应的字模数据送到液晶显示的驱动单元中驱动系统显示。图形显示RAM中的每个字节数被直接送到液晶显示模块上，图形RAM的一个字节对应显示屏上的8×1点阵。 软件编程
所有程序段均使用MCS-51系列汇编指令编制而成。模块内驱动控制器SED1335等有自身的软件特性，编初始化程序时，首先要根据液晶显示模块的特性选择初始化SYSTEM SET指令参数和SCROLL参数。初始化SYSTEM SET指令参数有8个，依次为P1～P8。LMBGA_032_49CK_模块的P1～P8参数可以定义systab,db 30h、87h、07h、27h、42h、0ffh、28h、00h。 ⑵ 触摸系统 ① 触摸屏的基本原理 典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如下图所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物（ITO）涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约为ITO的1000倍。
触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+,X－)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y+,Y－）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。 ② 触摸屏的控制实现 本设计采用BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843触摸屏专用控制芯片。 ● ADS7843的基本特性与典型应用 ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.7~5 V，参考电压VREF为1 V~+VCC，转换电压的输入范围为0~ VREF，最高转换速率为125 kHz。ADS7843的引脚配置如图A所示。表A为引脚功能说明，图B为典型应用。
● 程序实现 程序采用汇编语言编写，检测触摸信号采用外部中断方式。 ⑶ 结论
利用SED1335和ADS7846组成的用51系列单片机控制数字签名手持式设备，具有成本低、签名效果清晰等优点。在嵌入式领域中，随着新器件的不断涌现，一些微控制器（比如EPSON系列单片机、Motorola的龙珠芯片）可以直接驱动液晶屏显示，这样可以大大降低硬件电路的设计。 2、学习型红外遥控 学习型红外遥控系统可以学习任何遥控器的每个按键功能。本设计采用最佳化应用模式设计，电路简单，可靠性高，尤其是通过大量不同遥控码的特征分析，在遥控码的读入时选择了最佳采样频率，使遥控码的学习成功率大大提高。此技术可应用于多媒体教室、家庭集中控制等设备。 ⑴ 系统主要程序的设计： ① 初始化程序； ② 遥控码读入处理程序； ③ 遥控码发送处理程序； ④ 主程序； ⑤ 延时程序。 ⑵ 电路主要性能指标： ① 最大学习码长206b； ② 学习码识别范围： 起始位：21us~1.376s; 编码位：21us~5.355ms; ③ 读码误差：±21us; ④ 帧间歇位识别范围：小于1.37s,大于5.355ms。 二、电话远程控制系统 1、电话远程控制系统的体系结构 电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面;电话远程控制系统一般工作在元人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用51系列单片机作为中央处理器。同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。智能电话远程控制系统的体系结构如图2所示。系统电原理图见附页。
系统主要由DTMF音频解码电路、（语音提示电路）、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成。 2 各部分电路及工作原理 2.1 中央控制电路 中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据。 2.2 DTMF音频解码电路 DTMF(Dual Tone Multi Frequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示。
电话拨号数字对应的高低频率组合关系
数字键盘 | 高频组/Hz | | 1209 | 1336 | 1477 | 1633 | 低频组/Hz | 697 | 1 | 2 | 3 | A | 770 | 4 | 5 | 6 | B | 852 | 7 | 8 | 9 | C | 941 | | | ＃ | D |
电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870 DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码。MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870 DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可。 远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3连接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好。 2.3 语音提示电路（参考） 电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流。语音提示电路预先存储若干段系统提示音,8051中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作。 系统软件 (1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统,电话远程控制系统上线以后,用户必须输入密码,待系统确认后才具有对系统的操作权限。 (2)用户信令解释功能对收到的用户信号,系统按照软件设定加以解释,并决定对语音提示电路寻址,播放相应的系统提示音,实现用户和电话远程控制系统间的交互操作,或者对外部受控设备发出相应的驱动信号。 (3)软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器,定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间。若一次工作超时,系统自动离线,进入待机状态。 三、家电集中控制中心 1、硬件电路设计 微处理器采用与51系列兼容的华邦W78E5X单片机。 十六路输出控制继电器，可以控制十六路家用电器的电源。为了系统的安全性、稳定性起见，使用了TLP521-4光电耦合器进行隔离保护。 两路光控可控硅可调灯光（日光灯、白炽灯或LED灯）输出接口。 六路家居安防接口。系统主要包括门感烟火灾探测器、玻璃探测器、磁或被动红外探测器，主机与探测器之间采用加密信号有线（无线）联络，如为无线距离可达 150 米以上。 2、控制系统的软件设计 ⑴ 初始化程序和主程序模块 初始化程序部分主要使系统进入复位初始化的状态值。 主程序部分首先调用初始化程序，再进入主程序循环状态，在循环中主要任务是50Hz交流过零检测和调用移相角控制的延时程序。
⑵ 外部中断0中断服务程序 当红外接收器输出脉冲帧数据，第一位码下降沿触发中断程序，实时接收数据帧，并对第一位（起始位）码的码宽进行验证。 ⑶ 移相角控制用延时程序 通过改变移相角的大小，可以改变光控可控硅的导通角的大小，从而改变输出电压的高低，所以移相角的变化控制灯光的明暗亮灭变化。移相角是利用软件延时的长短来改变的。当延时长时，移相角大，导通角小；当延时程序短时，移相角小，导通角大；当导通角为0时，灯光熄灭。 ⑷ 串口通信程序 主要接收来自智能远程电话控制器的控制数据。 各系统模块电原理图请参阅附件。 四、成本核算 本中控系统平台采用最简化、性能价格比最优化软硬件（电路）进行设计。 1、 无线红外触摸中控 ● 液晶模块MGLS320240A 450元RMB/PCS ● 四线电阻触摸屏 220元RMB/PCS ● 微处理器W78E54 12.0元RMB/PCS ● 触摸屏控制器ADS7843 20元RMB/PCS ● 存储器AT24C256 10.0元RMB/PCS ● 可充电电池（锂电） 元RMB/PCS 加上其它电阻电容、二三极管、电源、线路板等合计约：786元RMB 请参照附件INFRARED BOM表。 2、 电话远程控制器 ● 微处理器W78E54 12.0元RMB/PCS ● DTMF音频解码电路MT8870 8.0元RMB/PCS ● 语音电路 ARP9600 40元RMB/PCS ● 运算放大器LM386 2.0元RMB/PCS ● 电源变压器 30元RMB/PCS 加上其它电阻电容、二三极管、电源、线路板等合计约：110元RMB 请参照附件TELE BOM表。 3、 家电集中控制器 ● 微处理器W78E58 16.0元RMB/PCS ● 24V继电器 3.5元RMB/PCS×16 ● 光电藕合器TLP521-4 3元RMB/PCS×4 ● 电源变压器 120元RMB/PCS 加上其它电阻电容、二三极管、电源、线路板等合计约：210元RMB 请参照附件CONTROL BOM表。 以上报价是以本人经验进行的估价(包括电话或网络询价)，具体价格以当前市场价格为准。 成本不包含机械（结构）部分。 |
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