智能家居控制系統(tǒng)論文

目錄引言：21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的巨大進(jìn)步。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制是基于交換網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn)DTMF通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用MT8870雙音頻編解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過MT8870識(shí)別來自程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶只需撥通家中的可以根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作；各種傳感器的檢測(cè)是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控；短消息發(fā)送局部采用基于SIEMENSTC35GSM模塊TC35modem和TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238等器件構(gòu)成的移動(dòng)終端的硬件電路可以完成短消息收發(fā)等功能。關(guān)鍵詞：新技術(shù)和自動(dòng)化、智能家居控制系統(tǒng)、集成技術(shù)、家居傳感器課題背景21世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛開展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、平安化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動(dòng)控制、平安防范三個(gè)方面。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的開展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能也越來越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。SM〔GlobalSystemforMobileCommunication〕系統(tǒng)中提供的一種GSM終端〔〕之間，通過效勞中心(servicecenter)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用效勞，其中效勞中心完成信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息效勞作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種根本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃開展起來。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，他對(duì)用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資本錢大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比較的優(yōu)勢(shì)，加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。在此以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲(chǔ)蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)〔如移動(dòng)通信基站、微波站、光纖中繼站等〕及其他無人值守點(diǎn)〔如倉(cāng)庫(kù)、辦公樓等〕監(jiān)控及城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來水、污水管網(wǎng)和熱力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了Siemens公司新一代無線通信GSM模塊TC35是，它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。智能家居控制系統(tǒng)的概述智能家居控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、公共網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺(tái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)總線為應(yīng)用操作平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭平安防范等功能的控制系統(tǒng)。智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息效勞和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)效勞器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要局部組成。1.2課題研究的目的及意義智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個(gè)過程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、平安、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適平安、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的平安性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電〔空調(diào)，熱水器等〕控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和平安。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡(jiǎn)單、功能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)本文利用SM8952AC25P、MT8870、TC35modem和各類家居傳感器設(shè)計(jì)制作一款智能家居控制系統(tǒng)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試和控制軟件的編寫與調(diào)試。(1)硬件局部智能家居控制系統(tǒng)其硬件局部主要由五大局部構(gòu)成，即交換網(wǎng)程控交換信令局部、控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM模塊TC35modem與接口和電源局部。交換網(wǎng)程控交換信令局部主要由MT8870和電壓檢測(cè)元件組成，它是系統(tǒng)中控制局部關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制局部功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM模塊TC35modem和控制單元完成報(bào)警等信號(hào)的處理和發(fā)送；電源局部那么為各個(gè)局部提供工作電源。(2)軟件局部軟件設(shè)計(jì)局部主要由五大局部構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析局部、交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別與分析局部、GSM模塊TC35modem接口程序局部、分析控制局部。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析局部和交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別需要作實(shí)時(shí)處理；GSM模塊TC35modem接口程序局部和分析控制局部那么是根據(jù)采集和交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時(shí)操作有利于提高系統(tǒng)效率。2方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)那么?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況確定。選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：被控對(duì)象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)及選擇位數(shù)；對(duì)顯示、打印有何要求；畫出整個(gè)系統(tǒng)流程圖和原理圖。2.1.1單片機(jī)控制局部本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測(cè)以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小，本錢低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最正確機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動(dòng)化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)面對(duì)控制對(duì)象。如傳感信號(hào)輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動(dòng)等。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。(4)突出控制功能。如對(duì)外部信息的捕捉、對(duì)控制對(duì)象實(shí)時(shí)控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對(duì)控制對(duì)象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場(chǎng)的可靠運(yùn)行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是開展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。2.1.2系統(tǒng)工作流程局部PC機(jī)RS232單片機(jī)信號(hào)分析處理門窗磁信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換PC機(jī)RS232單片機(jī)信號(hào)分析處理門窗磁信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換放大、整形火災(zāi)煙霧傳感器程控交換信令放大、整形火災(zāi)煙霧傳感器程控交換信令功率器件紅外學(xué)習(xí)功率器件紅外學(xué)習(xí)可燃?xì)怏w傳感器放大、整形可燃?xì)怏w傳感器放大、整形擴(kuò)展信號(hào)光電隔離A/D轉(zhuǎn)換擴(kuò)展信號(hào)光電隔離A/D轉(zhuǎn)換短信息發(fā)送LCD顯示執(zhí)行器件短信息發(fā)送LCD顯示執(zhí)行器件圖2.1-1系統(tǒng)工作流程2.2遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)與分析2.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)控制器由MT8870接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的DTMF信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理單元采集處理。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語音提示界面。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能。為了符合智能化要求，系統(tǒng)采用SM8952AC25P作為中央處理器。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路。系統(tǒng)組成框圖如圖2.2-1示。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測(cè)電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元〔SM8952AC25P〕、控制電路、電源電路等組成。電源電路電源電路語音提示控制電路SM8952AC25P單片機(jī)振鈴檢測(cè)模擬摘機(jī)DTMF解碼圖2.2-1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)控制器并聯(lián)于機(jī)的兩端，不會(huì)影響機(jī)的正常使用。用戶通過異地?fù)芡刂破魉B接外線的號(hào)碼，通過程控交換機(jī)向機(jī)發(fā)出振鈴信號(hào)?？刂破鳈z測(cè)到六次振鈴后，即六次響鈴后無人接聽時(shí)自動(dòng)摘機(jī)，進(jìn)入密碼檢測(cè)階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后輸入開或關(guān)密碼遙控被控電器，完成后返回。2.2.2控制要求完成遠(yuǎn)程控制局部必須完成一下要求：(1)通過網(wǎng)對(duì)異地的電器實(shí)現(xiàn)控制〔開/關(guān)〕。(2)控制器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬摘掛機(jī)。(3)控制器設(shè)置密碼校驗(yàn)。2.2.3單元功能模塊本設(shè)計(jì)此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：(1)鈴音檢測(cè)、計(jì)數(shù)；(2)自動(dòng)摘掛機(jī)；(3)密碼校驗(yàn)；(4)在線修改密碼；(5)雙音頻信號(hào)解碼；(6)輸入信息分析；(7)控制電器開關(guān)；(8)電器狀態(tài)查詢；軟硬件方案確定根據(jù)機(jī)和交換機(jī)發(fā)出的不同信號(hào)音以及線各種狀態(tài)的不同要求，本設(shè)計(jì)方案結(jié)合實(shí)際情況對(duì)具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工：交換機(jī)所發(fā)出的各種信號(hào)音都大多數(shù)可以通過軟件編程來識(shí)別，即通過單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)來檢測(cè)信號(hào)音單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出其頻率，從而完成信號(hào)音的識(shí)別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，用硬件來解決振鈴音檢測(cè)、雙音頻信號(hào)解碼等功能相對(duì)穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)中自動(dòng)摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來實(shí)現(xiàn)。而振鈴音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡(jiǎn)單的多，易于實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)信號(hào)音檢測(cè)、自動(dòng)摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實(shí)現(xiàn)。而信號(hào)音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。2.3傳感器信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析防火災(zāi)發(fā)生傳感器火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、平安防范系統(tǒng)中常用的報(bào)警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電路設(shè)計(jì)時(shí)可以在背后設(shè)計(jì)專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時(shí)通過設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器，監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報(bào)警信號(hào)，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器的靈敏度。本系統(tǒng)采用NIS-09C型煙霧傳感器?？扇?xì)怏w泄漏傳感器通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時(shí)短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用TP-2高溫型一氧化碳傳感器報(bào)警器需在一氧化碳濃度到達(dá)設(shè)定制值時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警。2.3.3防盜傳感器防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩局部，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對(duì)外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測(cè)器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器。當(dāng)家中有人時(shí)，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級(jí)和報(bào)警器的靈敏度。2.3.4信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，其中的電信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)可以通過電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模擬信號(hào)那么利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。2.4GSM模塊的接口與設(shè)計(jì)TC35模塊組成Siemens公司的TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六局部組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。TC35模塊通信電路數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-TRS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300bps～115kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動(dòng)波特率為4.8kbps～115kbps〔14.4kbps和28.8kbps除外〕。TC35模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。TC35模塊與MCU連接方式單片機(jī)與TC35一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以TI公司的MAX3238芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系統(tǒng)與電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信距離較短，紅外傳播的方向性對(duì)接口相對(duì)位置有要求。采用電纜連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)就會(huì)對(duì)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)具有GPRS功能的GSM模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，GSM模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來控制模塊，并且對(duì)收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國(guó)共有8種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。2.5紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì)2.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想對(duì)于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對(duì)空調(diào)以及其他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開關(guān)等，雖然紅外遙控在家電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見的萬能遙控器只能對(duì)某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬能”。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機(jī)對(duì)遙控器的發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號(hào)波形中的上下電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能”。也為整個(gè)控制器的實(shí)現(xiàn)提供了良好的根底。當(dāng)用戶可以通過任意操作方式對(duì)這類家電進(jìn)行控制時(shí)，紅外插座或開關(guān)會(huì)向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙控指令，從而控制電器的運(yùn)行狀態(tài)。2.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實(shí)現(xiàn)。集中各設(shè)備的方法是首先對(duì)各設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)，然后在需要時(shí)進(jìn)行復(fù)原，以控制對(duì)應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與復(fù)原的核心局部，紅外接收局部由CX20106解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射局部有紅外發(fā)光管極其驅(qū)動(dòng)局部組成。通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)。PWM碼以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。PPM碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。遙控編碼脈沖信號(hào)〔以PPM碼為例〕通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成〔不同的遙控系統(tǒng)在上下電平上有一定的區(qū)別〕，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖的開始。系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的參加是為了能在接收端校對(duì)傳輸過程中是否產(chǎn)生過失。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38KHz〔周期為26.3ms〕的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制〔PAM〕，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。

由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的上下電平均不斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測(cè)量。雖然它的二進(jìn)制脈沖的上下電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級(jí)的，因而，采用單片機(jī)的定時(shí)器來測(cè)量它的脈沖寬度，然后存儲(chǔ)，復(fù)原是完全可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際證明這種思路是可行的，而且電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。硬件電路設(shè)計(jì)3.1相關(guān)芯片及模塊簡(jiǎn)介3.1.1MCUSM8952AC25P簡(jiǎn)介SM8952C25的最高主頻為25MHz,內(nèi)帶8KB閃存的MCU，SM8951/8952系列產(chǎn)品是內(nèi)嵌4/8K字節(jié)閃存的8位單片微控制器它具有多達(dá)32個(gè)I/O口其4K/8K的閃存既可作程序存儲(chǔ)空間也可以作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間或程序數(shù)據(jù)混合空間這些硬件特征和其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，因此是一種通用的和性能價(jià)格比高的控制器，SM8951/8952允許用戶還可以通過置位SCONF存放器的位0(ALE1)來降低EMI，其中的看門狗定時(shí)器(WDT)是1個(gè)16位自運(yùn)行計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器溢出時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。WDT對(duì)那些易受噪聲干擾電壓波動(dòng)或放電現(xiàn)象影響的系統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī)的情況下，WDT可以使用戶程序脫離不正常狀態(tài)。WDT不同于8052系統(tǒng)的定時(shí)器0定時(shí)器1和定時(shí)器2。通過軟件周期性的去除WDT計(jì)數(shù)器的值可以防止WDT產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程。3.1.2雙音多頻收發(fā)器MT8870簡(jiǎn)介MT8870是一種帶呼叫進(jìn)展過濾器的單片雙音多頻收發(fā)器。它包括一個(gè)帶增益可調(diào)放大器的DTMF接收器和一個(gè)DTMF發(fā)送器。其中濾波電路采用高頻群和低頻群兩個(gè)六階開關(guān)電容帶通濾波器，解碼采用數(shù)字計(jì)數(shù)器技術(shù)來確定輸入的DTMF音調(diào)的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送器采用開關(guān)電容D/A變換器。片內(nèi)使用了一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器，能合成精確的音調(diào)脈沖，保證音調(diào)脈沖準(zhǔn)確的定時(shí)發(fā)送。MT8870提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與MCS-51系列MCU和微機(jī)接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作，通過呼叫進(jìn)展濾波器來檢測(cè)特定通帶內(nèi)的信號(hào)頻率，供微處理機(jī)或計(jì)數(shù)器電路分析，以確定檢測(cè)到的呼叫進(jìn)展音的性質(zhì)。它從接收端接收來自機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高，低音頻信號(hào)分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。3.1.3ISD2500系列單片語音錄放簡(jiǎn)介美國(guó)ISD公司的2500芯片，按錄放時(shí)間60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四個(gè)品種。ISD2500系列和1400系列語音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi)E2PROM容量為480K(1400系列為128K)，所以錄放時(shí)間長(zhǎng)；有10個(gè)地址輸入端(1400系列僅為8個(gè))，尋址能力可達(dá)1024位；2500系列最多可分為600段，只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址A0~A9賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志〔EOM〕；而放音時(shí)芯片遇到EOM標(biāo)志即自動(dòng)停止放音，設(shè)有OVF〔溢出〕端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。3.1.4固態(tài)繼電器(SSR)簡(jiǎn)介繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來到達(dá)無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。固態(tài)繼電器有三局部組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長(zhǎng)、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。D4810型繼電器輸入電流為5-40mA，電壓3－30V，額定輸出電流10A，輸出電壓范圍寬為20-220V，滿足工程的要求。3.2遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計(jì)3.2.1振鈴檢測(cè)電路振鈴檢測(cè)電路如圖3.2-1所示，圖中二極管有2種作用：〔1〕將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出；〔2〕將交流的振鈴信號(hào)變?yōu)槊}動(dòng)直流以供檢測(cè)。當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上的供電電壓為48V〔局部交換機(jī)為60V〕，經(jīng)四個(gè)二極管構(gòu)成的全橋整流后，缺乏以使62V穩(wěn)壓管導(dǎo)通，振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0V，當(dāng)振鈴信號(hào)到來時(shí)，線路上的90V交流振鈴信號(hào)經(jīng)全橋整流變換后90V的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿耐壓值為62V穩(wěn)壓管，經(jīng)電阻R1給U1提供電壓，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的方波方波信號(hào)，可以直接輸出至單片機(jī)的中斷輸入口，CPU可以根據(jù)振鈴信號(hào)光電轉(zhuǎn)換后的上下電平檢測(cè)有無振鈴。其中通過光電耦合一次側(cè)的輸入及的電流為：〔3-1〕即R1取5.1K滿足設(shè)計(jì)要求。電路中光電耦合U1隔離了振鈴信號(hào)和單片機(jī)的直接連接，光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端〔一次側(cè)〕與信息接收并輸出端〔二次側(cè)〕是絕緣的，從而對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。保護(hù)單片機(jī)也提高了穩(wěn)定性。3.設(shè)計(jì)主要思路：根據(jù)ITU及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不管任何機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤300Ω，有“R”鍵的電子機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)≤350Ω。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流≤5μA。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，機(jī)通過叉簧接上約250Ω的負(fù)載，使整個(gè)線回路流過約30mA的電流。交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?，完成接續(xù)。模擬摘掛機(jī)電路如圖3.2-2所示。平時(shí)掛機(jī)時(shí)，兩條線處于開路狀態(tài)，兩線的電壓為48V〔局部為60V〕，加到機(jī)的振鈴電路兩端，當(dāng)摘機(jī)時(shí)振鈴電路斷開，兩線接通，阻值大約250Ω。當(dāng)撥打號(hào)碼時(shí)，來自線的高壓振鈴信號(hào)經(jīng)鈴流檢測(cè)電路，通過光電耦合器在其二次側(cè)形成方波脈沖信號(hào)送到單片機(jī)進(jìn)行振鈴脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)振鈴次數(shù)到達(dá)設(shè)定次數(shù)時(shí)，由單片機(jī)內(nèi)部軟件程序控制，控制摘掛機(jī)口輸出一個(gè)低電平，然后電平送到三極管PNP1的基極，使三極管飽和此時(shí)，+5V電源經(jīng)三極管，再通過繼電器線圈接地，繼電器線圈得電，使繼電器的常開觸電閉合，250Ω的電阻接入電路當(dāng)中，接通。當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤，或者是操作結(jié)束后，系統(tǒng)由軟件控制PNP1截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開，線又處于開路狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)模擬掛機(jī)。3.2.3DTMF〔DualToneMultiFrequency〕雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵〔固定、移動(dòng)〕、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。它包括DTMF發(fā)送器與DTMF接受器，前者主要應(yīng)用于按鍵作雙音頻信號(hào)發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào)。雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào)，CCITT和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了鍵盤按鍵與雙音多頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870DTMF接受器作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無線通信及播送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的別離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng)16種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼。MT8870具有撥號(hào)音抑制和模擬信號(hào)輸入可調(diào)功能，所以在設(shè)計(jì)MT8870DTMF解碼電路時(shí)，只需外加一些阻容元件即可。本系統(tǒng)的雙音多頻DTMF信號(hào)解碼電路由MT8870主要承當(dāng)。MT8870的連線如圖3.2-3所示，其的2、3腳接收來自機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高，低音頻信號(hào)分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端〔11~14腳〕輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4~Q1連到單片機(jī)，單片機(jī)識(shí)別4位代碼。按鍵與相應(yīng)譯碼〔Q4~Q1〕輸出。其中，A，B，C，D4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。為了使單片機(jī)及時(shí)獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的CLD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，CLD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指示輸入口接收有效二進(jìn)制代碼。而無效的雙音頻信號(hào)〔線路雜音、人們的語音信號(hào)等〕是不會(huì)引起MT8870的CLD端變化的。DTMF接收器的外圍電路如圖3.2-3所示。3.2.4ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)E2PROM單元中，不需另加A/D或D/A變換來存儲(chǔ)和重放，能夠非常自然、真實(shí)地再現(xiàn)語音，音樂，音調(diào)和效果聲，防止了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"，因此，作為目前國(guó)內(nèi)外較為理想的語音芯片，在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。語音芯片音質(zhì)的優(yōu)劣、功能的強(qiáng)弱決定了報(bào)站器的語音效果和性能。如圖3.2-4所示，語音控制電路由單片機(jī)完成。其中，系統(tǒng)中單片機(jī)P0端口為單片機(jī)與語音芯片的通訊口。ISD2560中，模擬電源(VCCA)和數(shù)字電源(VCCD)使用不同的電源總線，分別引到外封裝上；模擬地(VSSA)和數(shù)字地(VSSD)也使用不同的地線。3.3電源電路設(shè)計(jì)3.3.15V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對(duì)且對(duì)5V電源的要求比較高，其中TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A,故外加的穩(wěn)壓器件必須到達(dá)足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換,作為對(duì)TC35終端和其他5V單元的供電。必須特別注意的是,如圖3.3-1由LM2576芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容,以提高儲(chǔ)能的能力,到達(dá)單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。3.3.2其他本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還涉及到傳感器信號(hào)采集與信號(hào)放大，其中放大器等局部需要用到±12V電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了7812/7912三端穩(wěn)壓IC提供的±12V電源，如圖3.3-2由220V的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動(dòng)直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動(dòng)直流電經(jīng)4700u電解電容和0.1u瓷片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出±12V直流電壓，±12V直流電再由2200u和0.1u電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的±12V直流電壓，給模塊供電源。3.4TC35短消息模塊電路設(shè)計(jì)3.4.1TC35短消息模塊接口電路TC35短消息模塊是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)〔協(xié)議〕的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS〔recommededstandard〕代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改〔1969〕，在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。目前在PC機(jī)上的COM1、COM2接口就是RS-232C接口。TI公司的MAX3238芯片如圖3.4-1供電電壓為3～5.5V，符合TIA/EIA-232-F和ITUv.28標(biāo)準(zhǔn)。具有獨(dú)特的±15KV人體靜電保護(hù)措施，兼容5V邏輯輸入，內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即當(dāng)FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14腳)為高電平時(shí)，Auto-PowerdownPlus功能有效。在正常運(yùn)行模式下，約30秒事件內(nèi)假設(shè)芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測(cè)到有效信號(hào)，將自動(dòng)進(jìn)入Powerdown模式，此時(shí)耗電1uA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么Auto-PowerdownPlus功能失效。在Auto-PowerdownPlus功能有效的時(shí)，如果檢測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入，該芯片自動(dòng)被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于-2.7V，或者位于-0.3V～0.3V的時(shí)間小于30uS，那么/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時(shí)間大于30uS，那么/INVALID(15腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無效)。該芯片的以上特性，滿足了TC35作為移動(dòng)終端的接收和發(fā)送電路連接要求。3.4.2SM8952AC25P與TC35之間通過異步串行接口進(jìn)行通信，通信速率為9600b／s,具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。由于TC35的數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平,接口電平為3.3V～5.5V，而SM8952AC25P單片機(jī)串口工作在TTL電平，工作電壓范圍一般比TC35寬，故應(yīng)在SM8952AC25P和TC35之間加電平轉(zhuǎn)換電路和電平限制電路。假設(shè)無電平轉(zhuǎn)換，那么有可能使智能模塊的性能不太穩(wěn)定。ZIF連接器給SIM卡接口提供6個(gè)引腳，其中CCIN用來檢測(cè)SIM卡是否插好，其他5個(gè)引腳分別為ccvcc(電源，2．9v)、CCGND(地)、CCRST(復(fù)位)、CCCLK(時(shí)鐘)和CCIO(數(shù)據(jù))。ZIF連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。系統(tǒng)加電后，為使TC35進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時(shí)大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過lms；啟動(dòng)后，IGT應(yīng)保持高電平(3.3V)：驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)，TC35的供電電壓不能低于3.3V．否那么TC35不能被激活。3.5紅外學(xué)習(xí)遙控電路設(shè)計(jì)3.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì)所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數(shù)據(jù)對(duì)38kHz～40kHz的方波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。如果直接對(duì)已調(diào)波進(jìn)行測(cè)量，而其脈寬只有20多微秒，由于單片機(jī)的指令周期是微秒級(jí)，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。因此，先要對(duì)已調(diào)波進(jìn)行解調(diào)，對(duì)解調(diào)后的波形進(jìn)行測(cè)量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調(diào)出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機(jī)的INT0和T0腳，定時(shí)器T0和T1都初始化為定時(shí)工作方式1，T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時(shí)，記錄T0、T1的計(jì)數(shù)值，然后將T0、T1的計(jì)數(shù)值清零，并重新啟動(dòng)定時(shí)。T0的值即為高電平脈寬，T1～T0的值為低電平脈寬。T0、T1與紅外編碼信號(hào)脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系并且存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。3.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控遙控信號(hào)的復(fù)原是通過SM8952AC25P的T2特殊輸出口進(jìn)行二進(jìn)制脈沖碼的高電平與低電平的調(diào)制輸出，其中調(diào)制為利用單片機(jī)特殊功能進(jìn)行內(nèi)部調(diào)制這也是本設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，調(diào)制后的信號(hào)如圖3.5-2驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管工作。該設(shè)計(jì)的硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此系統(tǒng)的調(diào)試重點(diǎn)在軟件上。圖3.5-2紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計(jì)軟件局部4.1下位機(jī)編程4.1.1主控單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主控單元局部由于任務(wù)多、對(duì)可靠性的要求高，本系統(tǒng)的主控局部軟件設(shè)計(jì)為分時(shí)操作系統(tǒng)控制，采用RTX51Tiny版操作系統(tǒng)。作為嵌入式系統(tǒng)主控單元的單片機(jī)，其軟件一般是一個(gè)微觀的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是為某種應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)程序有實(shí)時(shí)過程控制或?qū)崟r(shí)信息處理的能力，要求能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件并對(duì)該事件做出快速處理。分時(shí)操作系統(tǒng)是把CPU的時(shí)間劃分成長(zhǎng)短根本相同的時(shí)間區(qū)間，即“時(shí)間片”，通過操作系統(tǒng)的管理，把這些時(shí)間片依次輪流地分配給各個(gè)用戶使用。如果某個(gè)作業(yè)在時(shí)間片結(jié)束之前，整個(gè)任務(wù)還沒有完成，那么該作業(yè)就被暫停下來，放棄CPU，等待下一輪循環(huán)再繼續(xù)做。此時(shí)CPU又分配給另一個(gè)作業(yè)去使用。由于計(jì)算機(jī)的處理速度很快，只要時(shí)間片的間隔取得適當(dāng)，那么一個(gè)用戶作業(yè)從用完分配給它的一個(gè)時(shí)間片到獲得下一個(gè)CPU時(shí)間片，中間有所“停頓”；但用戶發(fā)覺不出來，好似整個(gè)系統(tǒng)全由它“獨(dú)占”似的。分時(shí)操作系統(tǒng)主要具有以下3個(gè)特點(diǎn)：①多路性。用戶通過各自的終端，可以同時(shí)使用一個(gè)系統(tǒng)。②及時(shí)性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)和處理。③獨(dú)占性。在分時(shí)系統(tǒng)中，雖然允許多個(gè)用戶同時(shí)使用一個(gè)CPU，但用戶之間操作獨(dú)立，互不干預(yù)。RTX51Tiny可以配置成使用round-robin多任務(wù)。Round-robinp容許quasi-parallel執(zhí)行多任務(wù)。任務(wù)并不是連續(xù)執(zhí)行的，而是分時(shí)間片執(zhí)行的〔本系統(tǒng)采用10毫秒作為時(shí)間片，由RTX51Tiny把時(shí)間片分配給各個(gè)任務(wù)〕。由于時(shí)間片的時(shí)間很短，因此任務(wù)看起來像連續(xù)執(zhí)行一樣。在本系統(tǒng)中RTX51Tiny首先執(zhí)行信號(hào)采集job0的任務(wù)0。本函數(shù)創(chuàng)立了另一個(gè)任務(wù)報(bào)警分析job1。信號(hào)采集執(zhí)行完它的時(shí)間片后，RTX51Tiny開始執(zhí)行報(bào)警分析job1，這個(gè)函數(shù)又創(chuàng)立了另一個(gè)任務(wù)短信發(fā)送job2。如此類推，最后執(zhí)行完它的時(shí)間片后，RTX51Tiny又返回到j(luò)ob0開始執(zhí)行。然后再切換到j(luò)ob1，如此循環(huán)。4.1.3短信息發(fā)送程序設(shè)計(jì)TC35模塊支持8位數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗(yàn)位,位停止位數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率可以在4.8kbit/s到115kbit/s間自適應(yīng)。對(duì)TC35模塊控制,IGT信號(hào)非常地重要,只有正確的IGT信號(hào)才可以使TC35模塊正常地運(yùn)行。IGT的下降沿啟動(dòng)TC35,并且IGT的低電平應(yīng)該至少保持100ms如圖4.1-2,TC35然后正常工作。單片機(jī)對(duì)TC35模塊的控制TC35模塊采用AT賀氏指令。單片機(jī)可以通過正確的AT指令對(duì)TC35模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。對(duì)短消息的控制共有三種模式:Block模式!PDU模式和Text模式。使用Block模式需要生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持。目前,PDU模式已取代Block模式,而Text模式不支持中文,因此本系統(tǒng)使用PDU模式進(jìn)行短消息的發(fā)送。單片機(jī)通過以下系列AT指令對(duì)短消息進(jìn)行控制。TC35初始化：首先設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=1<CR>,設(shè)置1代表PDU模式,<CR>是回車符號(hào),也就是0x0d。指令正確那么模塊返回<CRLF>OK<CRLF>,<CRLF>是回車換行符號(hào)。其次最后設(shè)置短消息到達(dá)自動(dòng)提示AT+CNMI=1,1,0,0,1<CR>,設(shè)置正確那么模塊返回<CRLF>OK<CRLF>。設(shè)置此命令可使模塊在短消息到達(dá)后向單片機(jī)發(fā)送指令<CRLF>+CMTI:dSMd,IN2DEX(信息存儲(chǔ)位置)<CRLF>。4.1.4紅外學(xué)習(xí)遙控程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的主要思路是通過對(duì)紅外二進(jìn)制脈沖的寬度進(jìn)行測(cè)量，從而獲得紅外遙控的波形信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、復(fù)原。根據(jù)遙控信號(hào)編碼和發(fā)射過程，遙控信號(hào)的識(shí)別〔也叫解碼過程〕是去除38KHz載波信號(hào)后識(shí)別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。紅外接收頭的解調(diào)信號(hào)送到INT0引腳，由內(nèi)部定時(shí)器完成上下電平長(zhǎng)度的采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平的寬度的測(cè)量。遙控信號(hào)的復(fù)原是通過P1.0〔T2〕輸出二進(jìn)制已調(diào)脈沖。對(duì)遙控信號(hào)復(fù)原的調(diào)制在單片機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行，利用了定時(shí)器2的捕獲工作方式，定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能存放器T2CON的C/T2位選擇。定時(shí)器2有三種工作方式：捕獲方式，自動(dòng)重裝載〔向上或向下計(jì)數(shù)〕方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由T2CON的控制位來選擇，在捕獲方式下，通過T2CON控制位EXEN2來選擇兩種方式。如果EXEN2＝0，定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)溢出時(shí)，對(duì)T2CON的溢出標(biāo)志TF2置位，同時(shí)激活中斷。如查EXEN2＝1，定時(shí)器2完成相同的操作，而當(dāng)T2EX引腳外部輸入信號(hào)發(fā)生1至0負(fù)跳變時(shí)，也出現(xiàn)TH2和TL2中的值分別被捕獲到RCAP2H和RCAP2L中。另外，T2EX引腳信號(hào)的跳變使得T2CON中的EXF2置位，與TF2相仿，EXF2也會(huì)活中斷。本系統(tǒng)正是利用了捕獲方式的RCAP2H和RCAP2L自動(dòng)重裝載，產(chǎn)生38K調(diào)制信號(hào)，準(zhǔn)備復(fù)原的0，1信號(hào)的調(diào)制通過TF2標(biāo)志進(jìn)行調(diào)制，該方案不僅合理的利用硬件資源，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性。4.2上位機(jī)〔PC機(jī)〕編程本系統(tǒng)為了給用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)對(duì)話界面還利用RS232通信標(biāo)準(zhǔn)還特別設(shè)計(jì)了與PC機(jī)軟件，傳輸波特率為57600kbps。4.2.1用戶界面的設(shè)計(jì)用戶界面是一個(gè)應(yīng)用程序最重要的局部，對(duì)用戶而言，界面就是應(yīng)用程序，用戶感覺不到幕后正在執(zhí)行的代碼。不管花多少時(shí)間和精力來編制和優(yōu)化代碼，應(yīng)用程序的可用性仍然在很大程度上依賴于界面的好壞。首先針對(duì)本系統(tǒng)要開發(fā)的應(yīng)用程序做出初步規(guī)劃設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)，參照了Microsoft和其他公司的一些應(yīng)用程序，使用了通用的設(shè)計(jì)方案，比方：工具欄、狀態(tài)條、工具提示、上下文菜單以及標(biāo)記對(duì)話框等。本設(shè)計(jì)用戶界面如圖圖4.2-1。圖4.2-1系統(tǒng)用戶界面4.2.2串行通信的實(shí)現(xiàn)利用VB開發(fā)通信程序主要有兩種方法，一是利用VB本身提供的控件，另一種是利用WindowsAPI應(yīng)用程序接口，WindowsAPI主要提供了三個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)KERNEL.EXE、USER.EXE、GDI.EXE供開發(fā)人員調(diào)用，其中KERNEL.EXE主要包括一些底層操作函數(shù)，如通信、菜單、消息等以及絕大多數(shù)非顯示函數(shù)，GDI.EXE圖形設(shè)備接口庫(kù)，主要內(nèi)容為與設(shè)備輸出有關(guān)的函數(shù)。和串口通信有關(guān)的函數(shù)均在Windows\System子目錄下的USER.EXE動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。在本設(shè)計(jì)中用VB控件實(shí)現(xiàn)通信的方法比調(diào)用SDK的API動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方法更加快捷，且用較少的代碼可以實(shí)現(xiàn)相同的功能，因此本設(shè)計(jì)使用此控件來完成串口的通信。4.2.3控件MSComm使用方法MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，程序員不必去花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語言中均可使用。MicrosoftCommunicationsControl〔以下簡(jiǎn)稱MSComm〕是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。具體的來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動(dòng)(Event－driven)方法，一是查詢法。MSComm控件提供以下兩種處理通訊的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。事件驅(qū)動(dòng)方式：事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時(shí)需要得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有字符，或者CarrierDetect(CD)或RequestToSend(RTS)線上一個(gè)字符到達(dá)或一個(gè)變化發(fā)生時(shí)。在這些情況下，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通訊事件。OnComm事件還可以檢查和處理通訊錯(cuò)誤。所有通訊事件和通訊錯(cuò)誤的列表，參閱CommEvent屬性。在編程過程中，就可以在OnComm事件處理函數(shù)中參加自己的處理代碼。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。每個(gè)MSComm控件對(duì)應(yīng)著一個(gè)串行端口。如果應(yīng)用程序需要訪問多個(gè)串行端口，必須使用多個(gè)MSComm控件。系統(tǒng)制作及調(diào)試本系統(tǒng)的制作調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試等三大局部。經(jīng)過初步的分析設(shè)計(jì)后，在設(shè)計(jì)制作硬件電路的同時(shí)，調(diào)試穿插進(jìn)行，應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障是在調(diào)試軟件時(shí)才發(fā)現(xiàn)的。但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后才和軟件結(jié)合起來調(diào)試，如此有利于問題的分析和解決，不會(huì)造成問題的積累，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時(shí)間。軟件編程中，我是首先完成單元功能模塊的調(diào)試，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，整體上采用硬件調(diào)試的調(diào)試方法。聯(lián)機(jī)調(diào)試是最重要的一局部，同時(shí)也是本系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。5.1硬件制作與調(diào)試5.2.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，幾乎都要使用PCB。PCB板的設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對(duì)原理電路的再設(shè)計(jì)。因此PCB板的設(shè)計(jì)是理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用一個(gè)十分重要的內(nèi)容。印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件．它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大．因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)．必須遵守印制電路板設(shè)計(jì)原那么和抗干擾措施的一般原那么，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)采用Altium公司PROTEL系列設(shè)計(jì)完成SCH到PCB的設(shè)計(jì)，并且手工完成電路焊接以及整機(jī)的裝配。5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進(jìn)行調(diào)試：(1)邏輯錯(cuò)誤調(diào)試樣機(jī)硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線、開路、短路等幾種，其中短路是最常見的故障。(2)器件調(diào)試元器件失效的原因有兩個(gè)方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。(3)可靠性調(diào)試引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。(4)電源故障假設(shè)樣機(jī)中存在電源故障，那么加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對(duì)應(yīng)，電源功率缺乏、負(fù)載能力差。在本次調(diào)試在調(diào)試樣機(jī)加電之前，先用萬用表和示波器,根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔