基于公话网的智能家居系统设计方案

摘 要：分析了智能家居的相关技术现状，提出了一种基于公共交换电话网的智能家居系统的总体方案，阐述了该系统的工作原理及软硬件的设计方法与过程。 该系统利用计算机和红外遥控等技术实现了一个智能化的窗帘机构，采用双音多频信号进行信息的传输，实现了家居的安全防护和家电的远程控制。 经过调试与检测证明，该系统具有性能可靠、功能丰富、易于使用等特点，具有广泛的实用价值。

近年来，计算机技术的不断发展和信息化程度的不断提高，为智能家居系统的研究与开发提供了坚实的技术平台。 通常把智能家居定义为一个整体，即利用先进的计算机技术、网络技术，以及综合布线技术，通过家庭信息管理平台，将与家居生活相关的各个部分有机结合成一个特殊的集成系统。 伴随着智能家居功能的不断细化，其概念逐步得到延伸，更多地考虑到了居民对住宅环境性能的全方位要求。 因此，现阶段的智能家居系统已从原先以智能化为重心的产品，转变为一个具备以下条件的集成系统：首先，要在家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家电和设备的控制与监测;其次，所有家电和设备都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与外部世界的信息交流，满足远程控制、监测和交换信息的需求;最后，要满足人们对家居安全、舒适、方便、高效和环境保护的需求。

智能家居系统的控制命令与信息的传输可以通过2种途径实现：无线传输方式和有线传输方式。 随着经济实力的日益增长，高速、可靠的公共电话网络( PSTN)已经覆盖了绝大多数的地区和家庭，有线电话线上的双音多频(DTMF)信号除了用于建立通话连接外，也可广泛应用于数据通信，且具有较强的抗干扰能力，所以利用公话网络实现家居设施的控制在技术上是完全可行的。 与采用无线通信方式相比，采用公话网不需进行专门的布线，也不占用无线电频率资源，基本上没有电磁污染，也无需大量的额外投资;而与采用有线IP网络( Internet)的通信方式相比，采用公话网的通信方式则具有更高的安全性和实时性。 因此，基于公用电话网络的智能家居方案在技术的可行性和成本的经济性等方面具有一定的优势，研究开发一种基于公话网的智能家居系统具有较大的现实意义。

1 系统的总体研究

1. 1 系统的功能需求

家居系统的功能需求主要包括舒适宜人的家庭生活空间、家居的安全防护(以下简称安防) 、家用电器的远程监控等内容，因此，基于公话网的智能家居系统可以设置以下功能：

1) 窗帘的智能化控制，包括遥控器控制， 定时开合控制， 光控、雨控等人性化的自动控制等。

2) 家居的安全监控与报警，主要包括燃气(煤气、天然气、液化器)泄漏监控， 窗幕探测器监控， 门磁偶合监控。

3) 家用电器的远程控制。 在远端拨入住宅电话号码，延时若干秒后系统自动接通，用户首先输入密码，然后再输入操作指令，即可对家用电器设备进行远程控制。 操作过程中将给出必要的语音提示。

1. 2 系统的总体方案

根据系统的功能设置，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术的特点与要求，可将整个系统划分为环境与安防检测、控制，以及设备驱动等三大部分。 环境与安防检测部分由光照、雨水、燃气检测器及窗幕、门磁探测器等传感检测器组成。 控制部分主要由主控模块(也称主控板)和安防报警与家电控制模块(也称报警与控制板)构成，其中主控板负责智能窗帘的控制和安防报警信号的采集。 报警与控制板完成自动电话拨号、报警、提示语音的录放，以及电话号码和家电控制操作码(密码与指令码)的存储、查询与修改。 系统结构如图1所示。

图1 系统的整体结构

2 系统硬件设计

本系统力求使用性价比高的电路芯片实现各项功能，经过技术分析，主控板和报警与控制板均以MCU (微控制器) 为核心，采用Atmel 公司的AT89S52单片机。 这种单片机是一种低功耗、高性能的8位微控制器，内嵌8K可编程Flash 存储器，属于MCS单片机产品系列，已为众多嵌入式系统所选用。 窗帘遥控器的MCU则采用该系列中贴片式MCS89C2051 单片机，以满足体积与功耗的要求。