基于AVR技术的智能家居管理系统，包含原理图、电路结构

图3.2.4 遥控码的“0”和“1”

上述“0”和“1”组成的32 位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图3.2.5所示。

图3.2.5 遥控信号编码波形图

UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。

遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图4为发射波形图。

当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8 位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。

2.2.2 接收电路

接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构）。

一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

图3.2.6 红外遥控接收原理框图

1. 键盘

本系统采用键盘实现对家电设备的实时控制，各个部分可拥有单独的按钮，达到对时间的调准，对窗帘开启状态的控制以及背景音乐的切换等。

1. 照明、家电设备

本系统实现了通过串口通信、遥控器、键盘对家电设备的实时控制，同时，系统还可以通过光敏电阻、温湿度传感器检测外部环境的光线亮度和温度，通过A/D转换和PWM控制照明、空调等家电设备的功率和通断状态。

1. 背景音乐

系统实现了在固定的时间（比如早晨）播放舒适的音乐，还实现每个房间都可以独立听音乐、切换音源、调节音量大小而互不干扰，音视频数字交换机内置MP3和FM调频立体声收音机功能，实现不同区域单独控制音源，控制喇叭。

（三）、智能窗帘子系统模块

1）模块概要

智能窗帘子系统模块由主要由数据采集模块、无线遥控模块、键盘模块、窗帘位置检测模块、中央控制单元、电机控制和LED显示七个部分组成。数据采集部分主要利用传感器技术完成温度和光强度的采集，无线遥控部分主要由NRF905发送器完成，按键部分主要完成人工手动控制功能。驱动电路采用直流伺服电机TG-38243000-90K，L298N作为运动驱动电路。使用键盘和PTR8000无线遥控器作为系统的输入，通过液晶LCD输出系统信息。中央控制单元采用AVR系列ATMEGA16单片机，完成对接收到得数据进行处理，并控制直流伺服电机完成对窗帘的控制。我们把智能窗帘以及ATMEGA16单片机作为主机（EVK1100开发板）的一个子系统，子系统作为一个独立的模块可以单独工作但又从属于主机。其硬件结构框图如图3.3—1所示：

图3.3—1 智能窗帘子系统模块

2）单元模块介绍

2.1 TSL230B光强传感器接口电路设计

光强检测采用TSL230B传感器，TSL230B设备的输出是一个标准的TTL。其灵敏度是由两个逻辑输入S0和S1组成，灵敏度调整使用电子红膜技术。灵敏度可以设置为三个等级分别为1倍，10倍或100倍。输出频率缩放控制由两个逻辑输入S2和S3来完成。 其工作原理为当S2和S3都为低电平时输出频率不变，当S2为高电平S3为低电平输出频率为原频率的1/2，当S2为低电平S3为高电平输出频率为原频率的1/10，当S2和S3 都为高电平时输出频率为原频率的1/100。其硬件接口原理如图3.3.2 所示。

1. PTR8000无线传输模块

该接口由10个数字输入/输出I/O组成，按照工作可分为三组，模式控制、SPI接口、状态输出接口。其中模式控制接口由TRX_CE、TX_EN、PWR组成，控制PTR8000的始终工作模式；SPI接口由SCK、MISO、MOSI一以及CSN组成，在配置模式下单片机通过SPI接口配置PTR8000的工作参数，在发射/接收模式下单片机SPI接口发送和接收数据；状态输出接口，提供载波检测输出CD、地址匹配输出AM、数据就绪输出DR。其引脚说明如表3.4所示。

表3.4 引脚功能

在发射模式中，PTR8000自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR型号通知MCU数据传输已经完成，其工作过程为上电以后，MCU首先配置PTR8000模块，先将PWR、TX_EN、TRX_CE设置为配置模式；MCU通过SPI将配置数据移入PTR8000模块；当MCU有数据需要发往规定节点时，接收节点的地址和有效数据，通过SPI接口传送给PTR8000，MCU设置TRX_CE、TX_EN为高来启动传输，PTR8000内部处理；如果AUTO_RETRAN被设置为高，PTR8000将连续地发送数据包知道TRX_CE被设置为低；当TRX_CE被设置为低时，PTR8000结束数据传输并将自己设置成待机模式。

1. 伺服电机和驱动芯片接口设计

驱动电机采用直流伺服电机TG-38243000-90K,L298N作为运动驱动芯片。L298N 工作电压方式为直流,直流电动机采用PWM信号平滑调速。其工作原理为L298可以驱动两台直流减速电机，使用PWM控制。如果要控制窗帘的升降,可将In1，In2和In3，In4两对引脚分别接高电平和低电平，使用单片机的两个端口给出PWM信号，从而实现对窗帘开度的控制。伺服电机和驱动芯片接口设计如图3.3.3所示。

图3.3.3 电机和驱动芯片硬件接口电路图

（四）、门禁子系统模块

1）模块概要

门禁子系统模块主要由自动照明模块、智能门锁模块、远程监控和开门模块三个部分组成。自动照明采用红外感应技术，在3m类感应人体红外发出的红外线，以开关量形式输出信号，单片机检测到有人后，根据低光照传感器的信号判断走廊、楼梯间是否需要开灯，若果需要开灯则通过继电器将灯打开。智能门锁由一个矩阵键盘组成，每个按键代表一种数字，密码通过键盘输入，若密码正确，则将门锁打开；若密码输入错误，则通过蜂鸣器报警并锁定键盘。远程监控和开门模块可实现当工作时如果有来访者，可以通过PC机远程终端看到来访者，同时也可以实现在PC终端为来访者开门。我们把门禁模块以及ATMEGA16单片机作为主机（EVK1100开发板）的一个子系统子系统作为一个独立的模块可以单独工作但又从属于主机。其硬件结构框图如图3.4—1所示。

图3.4—1 门禁子系统模块硬件结构图

2）单元模块介绍

2.1 自动照明模块

自动照明模块由照明灯、人体红外感应传感器、光照传感器组成。其工作原理和控制子系统中的照明设备的原理一样。通过红外采集和光照传感器数据采集，检测是否有人和是否需要开灯，通过继电器改变光照的开启状态。其中，人体红外感应传感器采用PIR热释电传感器，其特点是低功耗、静态功耗50uA，宽电压范围，电源可为5V电源。使用简单，总共有3个引脚，一个为+5V电源引脚，一个为GND引脚，一个为感应输出电平引脚，没人时输出低电平，感应距离为7米。当有人进入感应范围，此传感器的感应输出电平引脚输出有效高电平，单片机可以通过读取此引脚来判断是否有人进入。人体红外感应传感器的实物图如图3.4—2所示。

2.2 智能门锁模块

智能门锁模块由矩阵键盘和七段数码管组成，在室内和室外都有一个键盘，七段数码管安装在室内，用户在室内可以修改密码，并通过数码管显示密码，在室外的矩阵键盘智能实现开门，如果密码输入正确，则将门锁打开，若密码输入错误，则通过蜂鸣器报警，如果连续三次输入错误，则锁定键盘。

2.3 远程监控和开门模块

远程监控和开门模块由GSM模块（如图3.4—3所示）、远程PC机终端的VB界面组成。GSM模块通过数据口以串行方式接受指令并向外输出数据。理论上讲，在数据口中找出RXD、TXD和GND引脚与单片机的窗口对应连接即完成了硬件接口。GSM模块数据线是专为连接PC机9针串口而设计的，信号电平为标准的RS-232点评，只要单片机的串口也转换为RS点评，就可方便连接。9针串口引脚定义是固定的，即2脚为TXD（GSM模块发送），3脚为RXD（GSM模块接收）、5脚为GND。单片机与GSM模块的连接图如图3.4—4所示。

图3.4—3 GSM模块实物图

图3.4—4 单片机与GSM模块的连接图

远程PC机终端界面由VB编程，可实现远程控制家电开关，远程开门。当用户工作是如果有来访者，则可以实现为来访者开门。

（五）、安全防范子系统模块

1）模块概要

安全防范子系统模块主要由烟雾传感器、温湿度传感器、人体红外传感器、GSM模块和报警模块组成。烟雾传感器是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。烟雾传感器是利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警的目的。温湿度传感器和人体红外传感器、GSM模块和前面的一样。报警模块可以实现当用户处于紧急状态下按下紧急求救按钮时会优先将信号传到保安处，安全防范子系统模块的硬件结构图如图3.5—1所示。