基于网络技术和通信技术实现远程智能家电控制系统的应用方案

随着网络技术和通信技术的不断发展，以及人们的不断提高随着人们生活需求的提高，实现家庭智能远程控制已成为必然趋势。本文将嵌入式系统、GPRS通信技术和RS485总线技术相结合，开发了一种操作简单、成本低廉的远程智能家电控制系统。通过该系统，可以将家用电器、防盗系统和水电系统有机地结合起来，实现对家用电器和子系统的智能管理。同时可以通过短信实现对家居系统的远程监控。

1总体方案设计

如图1所示。智能家电控制系统由家庭智能控制模块、家庭内部网络系统和GPRS模块组成。

(1)家庭智能控制器：这部分是系统的核心。采用嵌入式系统设计，可以自动运行和处理数据，并通过RS485总线管理和控制家庭系统。控制器通过GPRS模块实现家庭系统与外部网络的通信，用户可以通过短信和互联网实现对家庭系统的远程控制。同时，控制器还通过键盘和显示屏为用户提供人机界面，方便用户实现本地控制。

(2)家居系统：家居系统通过若干个由单片机组成的小型控制系统来控制各种家居设备，这些小型控制系统通过统一的控制总线形成网络，连接到家居智能控制器，由家居智能控制器控制。

家庭智能控制器系统的具体功能包括：

(1)家用设备的数据采集：采集家用设备的状态数据，包括室内温度、灯具、家用电器、防盗门等设备，经控制器处理后反馈给用户。

(2)本地控制：用户通过键盘和控制器上的显示来监控家用设备。

(3)远程控制：远程用户可以通过发送短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。

(4)自动报警：当控制器检测到非法入侵或高温等报警信号时，会及时触发室内报警装置，通过发送报警信息及时通知用户。

(5)温度查询：用户可以通过控制器查询室内温度。

(6)红外家电控制：接收用户指令，通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控家电。

2系统硬件设计

2.1硬件系统结构

本文选用三星S3C4480芯片作为控制器的中央控制模块，负责与GPRS通信模块、家庭系统模块、数据存储模块、键盘、显示屏等模块的通信，以及系统的数据采集和处理。主要分为家庭智能控制器和家庭系统两部分。

2.2智能家居中家居控制设备的硬件设计

控制器的电路设计主要分为以下几个模块：

(1)1)ARM处理器S3C44B0的外围电路模块：包括电源管理、键盘、显示屏、SDRAM、Flash等数据和程序存储设备。

(2)GPRS通信模块及其外围电路设计：GPRS模块用于实现远程用户与控制终端之间的数据传输。本文选用西门子的MC35I模块。外围电路设计主要完成MC35模块电源部分、数据传输、模块开关机和工作模式指示的电路设计。

(3)串口扩展：GPRS modem拨号上网要求处理器提供完整的9线串口，而S3C4480只提供一个3线串口。因此，本文通过外部双通道通用异步接收器ST16C2550扩展了完整的9线串口扩展。

(4)RS485转换器：通过TI公司的RS485接口芯片75LBCl84实现S3C4480(单片机)串口的TTL电平与RS485电平的转换。该芯片的输入阻抗是RS485标准输入阻抗的两倍(24)，因此可以连接总线上的64个节点。

2 . 2 . 1 arm处理器外围电路设计

2.2.1.1使用开发板资源

开发板提供了丰富的外部资源。除了必需品之外

外存配置：2MB Flash和8MB SDRAM，为系统数据、程序和操作系统内核的存储和运行提供存储空间。

扩展端口：10M端口，RTL8019AS，用于从PC下载操作系统内核和应用程序。

LCD接口(带液晶屏):320240，STN，16级灰度，最大640 480，256色。

键盘：键盘和LCD接口用于为用户提供本地控制人机界面。

串口：两个标准RS232接口。它用于通过超级终端连接PC和调试系统。

JTAG接口：JTAG仿真器可以通过JTAG边界扫描端口进行在线仿真。目前，JTAG有两种标准，即14针接口和20针接口。开发板采用标准的14针JTAG接口，支持ARM7处理器、STD、并口连接和网络调试。

蜂鸣器：作为室内报警装置。

系统内存的2.2.1.2分配

S3C44B0支持数据存储的大/小端选择(通过外部引脚)；有8个内存条，每个可以达到32MB，总共可以达到256MB。所有存储体的访问大小都可以改变(8位/16位/32位)；八家银行中，Bank 0 ~ Bank 5可以支持ROM和SDRAM；银行6、Bank7可支持ROM、SRAM、SDRAM等。七个库的起始地址是固定的，一个库的起始地址是可变的。

开发板中选用SST39VFl60和lM16位作为Flash，主要作为程序存储器替代ROM，必要时也可以存储一些重要数据。开发板中SDRAM芯片HY57V641620，4M16bit，存储容量8MB。SDRAM用作系统内存。

2.2.2 GPRS模块NC35及其外围电路设计

2.2.2.1 MC35模块

MC35是西门子推出的新一代无线通信GPRs模块，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、电源模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器和天线接口六部分组成。

2 . 2 . 2 mc35外围电路的设计

(1)MC35I电源电路

该模块需要单电源，提供3.3 ~ 4.8V的电压(标准输入为4.2v)和2A的电流。本文选择LM2576ADJ作为模块的电源。这个芯片是一个降压开关稳压器。电压输入范围为LO ~ 40V，输入为12V(从220V到12V变压器获得)，输出为4.5V，部分电源电路设计如图2所示。

(2)启动和关闭电路

启动电路由开漏三极管和上电复位电路组成。本文采用程序控制实现，其电路图如图3所示，简化电路如图4所示。

第一种模式是手动控制模式。电路如图3所示，主要用于MC35I模块的独立调试。当S1被按下时，Q3的基极极高，Q3导通，使得IGT脚电压被拉低，模块启动。

关断电路通过三极管给这个管脚一个大于3.5s的低电平，可以关断GPRS模块。电路图类似于图3。

2.2.2.3数据通信电路

在电气特性方面，MC35模块的串口采用ITU—TV.24协议，与RS232级别不兼容。因此，需要电平转换。

本系统采用TI公司的MAX3238电平转换芯片。数据通信电路的设计如图5所示。

2.2.2.4 SlM卡电路

MC35I还提供了6个SIM卡电路接口，SIM卡读卡器的电路连接图如图6所示：

2.2.3串口扩展模块

为了实现家庭智能控制器的网络远程控制，需要通过GPRS调制解调器MC35拨号上网。本设计选用AT公司的ST16C2550完成串口扩展。ST16C2550与ARM处理器之间的电路连接图如图7所示。

另外，ST16C2550的串口输出是TTL电平，用MAX3238转换成RS232电平。

2.2.4 RS485接口电路

本系统设计的家庭智能控制器采用RS485总线进行家庭内部网络的布线。由于ARM处理器44B0和单片机(本文采用Atmel公司的AT89C52)都没有提供现成的RS485总线接口，所以需要选择转换芯片来实现接口转换。本系统选用TI公司生产的RS485接口芯片75LBC184。

2.2.4.1 RS485接口电路设计

44B0与单片机的串行输出为TTL电平，因此44B0与单片机的连接电路与75LBC184一致，其电路图如图8所示。

2.3家庭系统模块

智能家居系统集家电控制、安防、娱乐、休闲等功能于一体。本文在家居系统模块中实现了红外家电控制和温度报警模块。每个模块由单片机作为控制器组成，通过RS485总线连接形成家庭网络，最终由家庭智能控制器控制。

2.3.1红外家电控制模块

红外家电控制模块主要用于控制一些设备中带有红外接收芯片的家电。

红外发射电路的2.3.1.1设计

红外发射电路中使用的红外发射器件为塑料TSAL6200红外发射二极管。红外脉冲序列的宽度和间隔由单片机通过I/O口输出的高低电平的时间间隔控制。调制电路是由74LS123的两个单稳态触发器U2A和U2B级联而成的可控振荡器。电路图如图9所示。

红外接收电路的2.3.1.2设计

红外接收器为HS0038B红外接收器，电路设计如图10所示。

温度报警模块

温度检测和报警装置在家用设备中是非常必要的。很多家用电器可以通过智能控制器读取温度信号来自主调节。当室内发生火灾等紧急情况时，它可以通过温度检测及时向用户发出报警信号，并做出处理。

温度传感器为Dallas单线数字温度传感器芯片DS18B20。电路设计如图11所示。

3系统软件设计

系统的软件设计主要分为三个部分：家居系统模块的软件设计、RS485通信协议、家居智能控制器与家居系统通信的软件设计、家居智能控制器的软件设计。其中，家庭智能控制器的软件设计是系统软件设计的核心。这部分软件设计基于嵌入式u Clinux操作系统，负责家居系统的数据采集和数据处理，并能与远程用户通信实现远程控制，是实现家居系统智能化管理的关键。系统的软件结构框图如图12所示。

4结论

该装置可以控制住宅温度等参数，符合智能住宅的规定标准(温度控制在18 ~ 28)；可将家电、防盗系统、水电系统有机结合，实现家电及子系统的智能化管理。同时可以通过短信实现对家居系统的远程监控。