作者：鄧昀 程小輝 單位：桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

電話模塊設(shè)計(jì)報(bào)警時(shí)需要撥打用戶電話。考慮到已經(jīng)使用了單片機(jī)，因此電話的摘掛機(jī)都由單片機(jī)控制繼電器來(lái)完成。電話模塊主要是一個(gè)音頻變壓器，它的作用是將電話線上的語(yǔ)音交流信號(hào)耦合到功放電路，同時(shí)也將撥號(hào)信號(hào)與語(yǔ)音提示信號(hào)耦合到電話線路上。變壓器的另外一個(gè)線圈連接到了主板的聲卡上，作用是將聲卡的音頻信號(hào)耦合到電話線上，同時(shí)也將電話線上的聲音耦合到了聲卡的線路輸入端。通過(guò)軟件聲音合成，方便地實(shí)現(xiàn)電話撥號(hào)、對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別就可以知道對(duì)方電話按鍵音的數(shù)字信號(hào)。

家電控制模塊設(shè)計(jì)大部分電器只要控制它的開(kāi)和關(guān)就可以了，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)智能開(kāi)關(guān)就可控制它。還有一部分電器不僅需要控制開(kāi)和關(guān)，還需要控制量，如空調(diào)的溫度和濕度、電視的音量和頻道等，這些電器可以通過(guò)紅外遙控器來(lái)控制。因此設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線轉(zhuǎn)紅外協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將網(wǎng)絡(luò)控制指令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電器的紅外遙控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。協(xié)議轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。無(wú)線紅外協(xié)議轉(zhuǎn)換器主要由無(wú)線接收模塊、紅外接收頭、單片機(jī)和紅外發(fā)射管組成。無(wú)線模塊用于接收無(wú)線遙控指令，控制協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)。紅外接收頭用于接收用戶的遙控器指令，“學(xué)習(xí)”后存到EEPROM里［4］。發(fā)射時(shí)，根據(jù)無(wú)線遙控指令，從EEPROM讀出紅外數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生38kHz的調(diào)制信號(hào)，以調(diào)幅的方式發(fā)射出去，從而還原紅外遙控指令。家電控制模塊集成了單片機(jī)、電力載波X10協(xié)議模塊，還集成了315M射頻無(wú)線模塊。通過(guò)電力載波或無(wú)線遙控，可以控制智能開(kāi)關(guān)。家電控制模塊模型如圖5所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)由幾部分組成:單片機(jī)里的單片機(jī)軟件、智能家居主機(jī)里的視頻監(jiān)控與智能家居控制軟件、手機(jī)里的手機(jī)觀看軟件、客戶端的遠(yuǎn)程觀看軟件等，其中運(yùn)行在主機(jī)里的視頻監(jiān)控與智能家居控制軟件是主要部分。視頻監(jiān)控與智能家居控制軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能有:視頻采集與錄像;將視頻按需要傳送到客戶端軟件或手機(jī)軟件那里;控制單片機(jī)模塊輸出控制信號(hào);接收單片機(jī)模塊采集的報(bào)警信號(hào);處理電話撥號(hào)、報(bào)警、控制等;設(shè)置各種參數(shù)。

1視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控模塊主要包括視頻采集與編碼模塊、視頻錄像與視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊。(1)視頻采集模塊，利用philips7130芯片的視頻采集卡來(lái)完成的。利用Windows的VFW接口，可以完成視頻采集的功能。(2)視頻編碼模塊，采用了MPEG4視頻壓縮格式，主要流程為:調(diào)用回調(diào)函數(shù)獲得視頻數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)緩存→調(diào)XVIDcode編碼。(3)視頻錄像模塊，經(jīng)過(guò)編碼后的MPEG4數(shù)據(jù)流可保存到硬盤(pán)中，主要流程為:從MPEG4數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)→檢查硬盤(pán)空間→將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到硬盤(pán)。(4)視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊，編碼后的視頻數(shù)據(jù)是通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)以TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)绞謾C(jī)軟件或客戶端軟件。主要流程為:創(chuàng)建套接字，監(jiān)聽(tīng)，接受連接，連接成功，從MPEG4數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)，傳送數(shù)據(jù)，最后斷開(kāi)連接。

2報(bào)警模塊設(shè)計(jì)報(bào)警信息來(lái)自各種探測(cè)器，如紅外探測(cè)器、煙霧探測(cè)器、煤氣探測(cè)器等。這些報(bào)警信號(hào)都可以看成是一個(gè)開(kāi)關(guān)量:開(kāi)或關(guān)狀態(tài)。模塊將緊急情況發(fā)生的狀態(tài)定義為開(kāi)，正常狀態(tài)定義為關(guān)，那么只要某個(gè)探測(cè)器處于開(kāi)狀態(tài)，就認(rèn)為有報(bào)警發(fā)生了。為了區(qū)分不同的報(bào)警點(diǎn)信號(hào)，將探測(cè)器進(jìn)行了地址編碼。地址碼分為兩部分:第一部分是主機(jī)地址碼，用來(lái)區(qū)分不同智能家居主機(jī)，以免相互干擾;第二部分是探頭的地址碼，用來(lái)區(qū)分不同的探測(cè)器地址。地址結(jié)構(gòu):主機(jī)地址碼+探測(cè)器地址碼。地址編碼采用臺(tái)灣產(chǎn)的PT2262和深圳產(chǎn)的1527編碼，直接寫(xiě)在芯片內(nèi)部。報(bào)警模塊由報(bào)警錄入、報(bào)警器修改、報(bào)警處理等部分組成。上位機(jī)從串口接收到報(bào)警信號(hào)后，進(jìn)行主機(jī)地址碼核對(duì)，如果是本機(jī)的地址碼就進(jìn)一步處理，否則就放棄。探頭在生產(chǎn)時(shí)隨機(jī)生成不同的地址，在第一次使用時(shí)先讓探頭發(fā)出一個(gè)測(cè)試信號(hào)，主機(jī)接收到后就記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)里，該探頭就屬于該主機(jī)了。探頭錄入流程如圖6所示。報(bào)警處理模塊收到報(bào)警信號(hào)后，首先查找數(shù)據(jù)庫(kù)，是否為已錄入的探頭地址，如果是，就看是否在布防狀態(tài)，然后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則，簡(jiǎn)單提示收到信號(hào)就可以了。這一過(guò)程如圖7所示。

3智能家居控制模塊設(shè)計(jì)該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，控制流程為:遠(yuǎn)程客戶端軟件先將控制命令使用TCP/IP協(xié)議通過(guò)Internet發(fā)送到智能家居主機(jī)，主機(jī)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為X10協(xié)議，由電力載波傳送到智能開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的控制，或者將控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)為遙控信號(hào)控制無(wú)線遙控智能開(kāi)關(guān)。智能家居控制模塊主要由控制協(xié)議轉(zhuǎn)換、控制軟件等部分組成，它們之間的通信協(xié)議定義為:波特率9600，數(shù)據(jù)位8，無(wú)校驗(yàn)，停止位1。控制指令格式:起始碼1字節(jié)(@)+1字節(jié)長(zhǎng)度(不包括@和長(zhǎng)度字節(jié)本身)+1字節(jié)指令+若干字節(jié)數(shù)據(jù)。起始碼“@”的ASCII值的10進(jìn)制值是64，16進(jìn)制值是40，可以用“#”號(hào)與16進(jìn)制值40來(lái)表示，“@”與#40都是同一個(gè)意思，都是1個(gè)字節(jié)。1字節(jié)長(zhǎng)度字段緊跟在起始字節(jié)后面，指出后面內(nèi)容的長(zhǎng)度，不包括@和長(zhǎng)度字節(jié)本身，長(zhǎng)度字節(jié)使用2進(jìn)制值。指令字段只有1字節(jié)長(zhǎng)度，采用16進(jìn)制的值。為了便于記憶和敘述，使用了助記符，由于連接線很短，通訊可靠，所以指令沒(méi)有加校驗(yàn)碼。現(xiàn)以無(wú)線遙控協(xié)議轉(zhuǎn)換為例進(jìn)行介紹，控制軟件將無(wú)線智能開(kāi)關(guān)的地址碼通過(guò)串口發(fā)送到協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，智能遙控開(kāi)關(guān)的地址碼與無(wú)線探測(cè)器的地址碼一樣，如2節(jié)所示。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊在接收到無(wú)線遙控指令后，根據(jù)智能遙控開(kāi)關(guān)的地址碼，控制315M無(wú)線發(fā)射模塊輸出調(diào)幅的波形，智能開(kāi)關(guān)收到波形碼后解碼。智能開(kāi)關(guān)一般是單片機(jī)解碼，具有自學(xué)習(xí)功能，可以記憶遙控器的碼波形。當(dāng)學(xué)習(xí)成功后，下次接收到相同波形的碼，就打開(kāi)或關(guān)閉電器，完成遙控操作。

系統(tǒng)測(cè)試

以下是對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行部分測(cè)試的結(jié)果。探測(cè)器的錄入和修改如圖8所示。使用遠(yuǎn)程客戶端登錄到智能家居系統(tǒng)，可進(jìn)行視頻觀看、布防撤防、電器控制等，其界面如圖9所示。報(bào)警功能的測(cè)試:觸發(fā)一個(gè)門(mén)磁，智能家居主機(jī)立即拉響了警報(bào)，原來(lái)設(shè)置的電話已經(jīng)撥打成功，從電話里聽(tīng)到了報(bào)警發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)。此時(shí)打開(kāi)手機(jī)，就可以看到家里的畫(huà)面，手機(jī)客戶端軟件基于J2ME平臺(tái)開(kāi)發(fā)，其界面如圖10所示。表1為不同網(wǎng)絡(luò)帶寬下客戶端接收數(shù)據(jù)的測(cè)試情況。

結(jié)束語(yǔ)