别墅智能家居毕业论文

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智能家居控制系统的设计与实现 [2009-03-18 06:41] ;;; 摘要：介绍了以PC（个人计算机）、MCU（单片机AT89C52）、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心，通过现有的电话网络终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统，给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法。;;; 关键词：远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化２１世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、ＤＶＤ录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和１１０可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。１系统的总体结构及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人）连入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并通过自己的ＰＳＴＮ�公用电话交换网接口电路连入ＰＳＴＮ。其结构图如图１所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。该系统正常工作时，用户可以通过);>Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＰＳＴＮ两种网络进行访问，当通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过ＰＳＴＮ访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图２所示。２系统的硬件构成本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路组成，如图３所示。系统分机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图４所示。通过系统主机的各种接口电路可将主机ＣＰＵ从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。２．１ ｎＲＦ４０１ 无线数据传输电路无线数据传输电路由Ｎｏｒｄｉｃ公司的单片ＵＨＦ无线数据收发芯片ｎＲＦ４０１及其外围电路构成。ｎＲＦ４０１采用ＦＳＫ调制解调技术，其工作效率可达２０ｋｂｉｔ／ｓ，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用ＰＣＢ来实现。);>;;; ２．２ 看门狗电路看门狗电路由ＭＡＸ８１３Ｌ及其外围元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给Ｐ１．５送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由ＭＡＸ８１３Ｌ使单片机复位。２．３ ＤＳ１３０７时钟接口电路ＤＳ１３０７时钟芯片是美国ＤＡＬＬＡＳ公司生产的Ｉ２Ｃ总线接口实时时钟芯片。ＤＳ１３０７可以独立于ＣＰＵ工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于１０秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便ＣＰＵ根据需要对其进行读出或写入。由于单片机ＡＴ８９Ｃ５２没有Ｉ２Ｃ总线接口，因此，要驱动ＤＳ１３０７，就必须采用单主机方式下的Ｉ２Ｃ总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根Ｉ／Ｏ口线来虚拟Ｉ２Ｃ总线接口。Ｉ２Ｃ总线上的主器件（单片机）可在时钟线（ＳＤＬ）上产生时钟脉冲，在数据线（ＳＤＡ）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，ＤＳ１３０７作为Ｉ２Ｃ总线的从器件。Ｉ２Ｃ总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。２．４ ＭＴ８８８０Ｃ双音频编解码电路由于单片机是通过ＭＴ８８８０Ｃ芯片得到ＰＳＴＮ网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自ＰＳＴＮ网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用ＭＴ８８８０Ｃ的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到ＰＳＴＮ网络，从而把损失减少到最低。２．５ ＩＳＤ４００４语音录放电路ＩＳＤ４００４是美国ＩＳＤ公司生产的一种语音录放芯片。它可录制８～１６分钟的语音信号。该芯片可提供ＳＰＩ标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ＩＳＤ４００４和单片机编程控制来构系统与ＰＳＴＮ网络用户的语音平台。由于ＩＳＤ４００４的ＩＮＴ和ＲＡＣ脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。);>２．６ ＭＡＸ２０２串行通讯电路通讯电路可由串行通讯专用芯片ＭＡＸ２０２组成，通过此电路可以方便地与ＰＣ机进行串行通讯。２．７ 铃流检测与摘挂机控制电路当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为２５±３Ｖ的正弦波，失真小于１０％，电压有效值为９０±１５Ｖ。振铃信号以５秒为周期，即１秒送，４秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经ＲＣ回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器１进行计数，以实现对铃流的检测。由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约３０ｍＡ），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的Ｐ１．７来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约３００Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。３系统软件编制本系统软件主要由系统主机和系统分机的Ｃ５１程序和系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通讯程序组成。３．１ 系统主机程序的编制系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断１、外部中断０和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清０并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图５所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。);>３．２ 系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通讯程序的编制这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络完成用户的控制功能。服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Ｓｏｃｋｅｔ与客户端进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通讯。客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。４结论本系统充分利用了现有的网络资源。通过在实际电话网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络中的试运行证明：该系统能够达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。

东华理工大学机电学院 毕 业 设计论文 任 务 书 东华理工大学 学院（部） 专业 班 毕业设计论文题目 智能家居安防系统设计 专题题目 家居安防设计 （2人） 发题日期： 2010 年 11月25 日 开始时间：自2011 年12月28 日 完成期限：至 2011 年 5月（定稿） 答辩日期： 年 月日 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 教 研室主任： 1、课题来源、目的和意义 来源：其他 目的：家庭安全防范的目的是保证家庭成员人身不受伤害和家庭财产不受侵犯。家庭安防系统、新的安防技术和方法，要有效的保证和实现家庭安全防范的目的。目前，在北京、上海、广州等地的高挡别墅区和高档的居民小区、高档住宅已开始在现有的小区安防的基础上，自行安装家庭防盗报警系统正逐步成为趋势，甚至成为邻里的攀比。家庭安全防范，把安防保障的钥匙和主动权放在自己的手中。即可以阻止因小区保安疏忽为犯罪分子提供可乘之机，又可以防范小区个别保安的监守自盗。特别是独栋别墅，邻里守望不易实现，周界防范和家庭报警更显重要。过去几年，人们买房子小则几十万，多则上百万，甚至上千万。人们在购房后，考虑家装、购买家具配饰的投入，很少 考虑入住安全和防范投入。而后者的投入并不很多。只是人们的意识不够。家庭 安全防范也是家庭生活开支的一个组成部分。也许，加装了家庭安全防范报警系统，一辈子都没用上一次。却没有人敢讲，它没有作用。没有加装了家庭安全防范报警系统，一辈子遇上一次盗抢或伤害，会后悔一辈子。家庭安防不是万能的，但没有家庭安防是万万不能的。 意义：1. 防盗:能探测非法入室盗窃者,及时发送警报或现场报警. 2、防劫:家中有人遭遇入室抢劫,可以向外发送报警信号. 3、求助:可用于家中老人、小孩意外事故和急病报警. 4、防火:通过烟感探测器探测烟雾,发出失火警报. 5、防可燃气体中毒:能够探测到煤气/液化石油气/天然气等的泄露,及时报警. 6、全自动报警:一旦发生警情,主机自动拔打设定的六组接收电话报警. 7、远程监听:接通报警电话后可即时监听室内现场动静. 8、异地遥控:可在异地远距离用电话布防或撤防. 9) 监控拍照：如有人入室作案，主机报警的同时，也可无线触发“监控拍照录放器”，通过摄像机自动拍照，其记录的图像照片资料可为公安部门侦破案件提供准确可靠的证据 2、题目类型 设计 3、设计拟达到的主要目标及技术参数 目标：要求对温度、烟雾，红外线等传感器经行实时检测，并且控制系统要对各个传感器的数据作出相应反应，包括以下三个方面： 1、防盗设计 2、火灾报警 3、燃气报警 技术参数： 1、分辨率为8位。 2、最大不可调误差： 0809为1LSB。 3、单电源+5v供电，基准电压由外部提供，典型值为+5v，此时允许输入模拟电压为0—5V。 4、具有锁存控制的8路模拟选通开关。 5、可锁存三态输出，输出电平与TTL电平兼容，功耗15mW。 6、转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率范围500KHz时，转换时间为128μs。 4、设计具体任务 1软件设计: 1、A/D转换子程序 2、显示报警程序模块 3、防盗控制程序 4、火灾控制程序 5、燃气泄漏控制程序 6、主程序 2硬件设计: 1、燃气报警模块（包括燃气泄漏检测，发生燃气泄漏时有声光报警，切断家中主电源并通知物业） 2、防盗模块（包括红外检测。有转换系统。业主在家中，红外检测仍工作，但不报警；业主不在家时，红外检测发现有人闯入，不管是从门还是从窗户都立刻发出报警信号，并通知物业）（1、2、3处均有传感器部分，信号调理部分、A/D转换部分，报警显示部分等） 3、物业处相应有火灾、燃气泄漏、防盗报警三种显示，对应楼栋号、单元号、门牌号） 4、选择选择单片机系统 5设计要求 1.要求家居安防系统装置体积小、成本低、操作方便、易于维护和安装。 2.通过研究智能控制技术，以及对目前市场上常见的安防系统工作特点的比较，提出家居安防系统的设计方案，实现方法。 3.通过设计家居系统的硬件电路，能联想到其他类型产品的实现原理，以便比较两者的优劣，方便日后改进。 4.编写控制软件程序流程图，使家居系统可以进行智能控制。 5.对装置的干扰进行研究，提高家居系统的抗干扰性能。 6技术难点 设计方案； 7时间安排 1月0 6日－3月22日 实习；文献检索和熟悉内容 3月23 日－4月16日 方案确定；电路图绘制；论文框架 4月16日－4月30日 软件设计；论文初稿 5月08日－5月20日 修改；论文定稿 8重要提示 设计书：硬件电路及原理说明；软件设计思想；程序流程图及清单。 9参考文献 [1] 电子线路设计 谢自美 华中出版社 [2] 智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M] 杨振江 西安电子科技大学出版社，2000. [3] 无功补偿与电力电子技术 苏文成、金子康 机械工业出版社,1989 [4] 单片机的c语言应用程序设计[M] 马忠梅 北京航空航天大学出版社，1999 [5] 模式识别 边肇祺 清华大学出版社 ,1988 [6] Inte l 16位单片机 孙涵芳 北京航空航天大学出版社，1995 [7] 单片机的C语言应用程序设计 马忠梅 北京航空航天大学出版社,2007 [8] . Bezdek. Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms. New york :Plenum Press ,1981. [9] Back T. Evolutionary Algorithms in Thoery and Prac2 tice[M ] . New York :oxford uni. Press. 1996. 2、课题任务的主要内容和要求(包括原始数据、资料、技术参数、工作要求等) 要求对温度、烟雾，红外线等传感器经行实时检测，并且控制系统要对各个传感器的数据作出相应反应 硬件部分模块包括： 1、 无功功率测量模块（模块应选择合适传感器，信号调理电路等。测量包括电压测量和电流测量） 2、 A/D转换模块 3、 选择合适单片机系统 4、 显示模块（对无功功率的实时显示） 5、 无功功率补偿控制（电容组数，控制策略电容组如何投入如何切除） 软件部分模块包括： 1、 A/D转换子程序 2、 无功功率计算算法 3、 显示程序模块 4、 无功功率补偿算法 5、 补偿电容组的投入、切除策略 6、 主程序 3、毕业设计(论文)课题成果的基本要求(包括毕业设计(论文) 、图表、实物样品等) 1.要求无功功率补偿装置体积小、成本低、操作方便、易于维护和安装。 2.通过研究无功功率补偿技术，以及对目前几种电容投切开关工作特点的比较，提出电容电容投切符合开关的设计方案，实现方法。 3. 通过设计复合开关的硬件电路，能联想到解决其他类型投切开关易产生涌流、谐波、功率大等缺点。 4.编写控制软件程序流程图，使复合开关可以进行智能投切，使其操作更智能。 5.对装置的干扰进行研究，提高复合开关的抗干扰性能。 4.时间安排。 1月 6日－3月22日 实习；文献检索和熟悉内容 3月23 日－4月16日 方案确定，电路图绘制，论文大纲 4月16日－5月7日 软件设计，论文初稿 5月8日－5月20日 修改，论文定稿 5、主要参考文献、资料和参考书(要求至少外文两篇、中文五篇) [1] 诸俊伟。电力系统分析[M] 。北京：水利电力出版社，1995. [2] 杨振江。智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M] 。西安：西安电子科技大学出版社，2000. [3] 苏文成、金子康。无功补偿与电力电子技术。北京: 机械工业出版社,1989. [4] 马忠梅。单片机的C 语言应用程序设计[M] 。北京：北京航空航天大学出版社，1999. [5] 边肇祺等. 模式识别. 北京:清华大学出版社 ,1988. [6] 靳龙章、丁毓山。电网无功补偿实用技术。北京：中国水利水电出版社，2008. [7] 马忠梅。单片机的C语言应用程序设计。北京：北京航空航天大学出版社,2007. [8] . Bezdek. Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms. New york :Plenum Press ,1981. [9] Back T. Evolutionary Algorithms in Thoery and Prac2 tice[M ] . New York :oxford uni. Press. 1996. 毕业设计（论文）开题报告 1、课题研究的意义、国内外有关本课题的研究动态和自己的见解 随着国民经济的快速发展和持续增长，电力建设更是取得了令人瞩目的成就，但电力需求的增长电子供需矛盾日益突出电力供应的严重不足已制约了国民经济发展的速度，而要缓解当前乃至今后一个时期电力供需之间的矛盾，并从根本上解决问题，除了增加发电量这一主要渠道外，采用各种节电措施，最大限度 地利用现有各种电力设施资源也是非常重要的。利用无功功率补偿技术来 挖掘现有电力资源潜力，是一种能够迅速见效的，切实可行的措施之一，同时也能够节约大量的电力能源。无功功率补偿能够节省电费开支、降低系统的能耗，将有功损耗将降低20%～45%、改善电压质量并且三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量。 在10kv以上的电网中，出于注重安全的原因，很少使用自动无功补偿装置。另外无功尽量就地补偿的原则，低压自动无功补偿装置获得广泛的应用，并不断的有新的技术涌现出来。无功率补偿现在国内外有好几种方法。有低压配电网无功补偿方法、有高压配电网无功补偿、有智能低压动态无功补偿技术。 我个人偏向智能动态无功补偿技术。由于电力电子技术、智能控制技术和信息通信技术的不断发展，带动了许多电力新技术、新设备的不断出现，近年来随着城乡电网改造的进行，智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变被广泛运用，它集低压无功补偿、综合配电监测、配电台区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身，同时还充分考虑了与配电动态化系统的结合，是一个比较方便和安全的技术。 2、课题研究的主要内容、拟解决的关键性问题和预期的成果 课题主要是研究对电压、电流实时检测，无功功率计算及补偿方法设计。硬件部分要有无功功率测量模块、A/D转换模块、合适单片机系统、显示模块、无功功率补偿控制。软件部分有A/D转换子程序、无功功率计算算法、显示程序模块、无功功率补偿算法补偿电容组的投入、切除策略主程序。 3、课题研究方法、设计方案或论文撰写提纲 采用低压集中补偿方式来实现功率补偿。硬件电路设计涉及到单片机型号的选择，电源电路设计、采样电路设计、A/D转换、功率因数的测量电路和复位、显示、驱动电路的设计。软件部分涉及到功率因数角的测量、计算无功功率和电容器组的投切控制。 图1 硬件电路设计图 4、课题研究准备情况(查阅参考文献目录、完成任务所具备的条件等) 5、毕业设计(论文)总体安排和进度 1月 6日－3月22日 实习；文献检索和熟悉内容 3月23 日－4月16日 方案确定，电路图绘制，论文大纲 4月16日－5月7日 软件设计，论文初稿 5月8日－5月20日 修改，论文定稿 6、指导教师意见与建议(选题的学术意义和现实意义、选题内容的国内外研究情况概述、有无创新内容、选题的合理性、开题条件是否具备、存在的难点和困难、建议等)