智能家居系统的设计与实现· The Design and Implementation of Smart Home System 引言 几年前，美国、欧洲和东南亚等国家先后提出了“智能家居”（smart Home）的概念·其目标是：“将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器、家庭安防装置等通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化平台上进行集中或远程监视，并保持这些家庭设施与生活需求和住宅环境的和谐协调”·通过家庭智能化平台人们可以通过电话或者浏览器在任何时候、任何地点对家中的电器（比如：空调、电视、热水器、电饭煲、灯光、报警器等）进行远程控制一一在下班途中，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等；而这一切的实现都仅仅是点几下鼠标，或者打一个电话·另外，如果不幸出现某种险情，您自己或者110都可以及时获得通知以便进一步采取措施·舒适、时尚的家居生活是社会进步的标士智能家居系统能够使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活·所以智能家居的概念一经提出就获得了广泛关注· 1智能家居系统的总体结构 智能家居系统的组成结构分为3层：第1层为小区管理中心，第2层为家庭网络终端部分，第3层为家庭总线系统． 第1层，小区管理中心是对外联系及对内管理的控制中心，它通过路由器和防火墙与外部因特网连接，内部通过交换机以星型方式组网，形成TCP/IP局域网，网络到住宅楼后变成10M / 100M自适应以太网，住户通过结构化布线将以太网接人家庭网络终端·这部分可以直接引人现有网络服务商提供的宽带网络平台·在没有宽带接人的住宅中，家庭网络终端也可直接通过电话线拨号上网．另外，也可以通过其他通信介质组建一个小区智能家居网络平台，比如无线局域网等· 第2层，家庭网络终端实际上是家庭内部网络平台与小区管理中心及外部进行通信的枢纽，是家庭内

　Internet 部智能网络与外界的输人/输出通道，是系统的核心部分·它可以通过电话接口直接接人 PSTN，也可以通过以太网接口接人以太网· 第3层，家庭总线系统，是智能家居实现的关键·家庭内所有的智能控制装置都挂接在家庭总线系统上， 智能家居系统总体结构图如图1所示· 2智能家居系统工作原理及工作过程概述

　小区管理中心是智能家居系统连接外界的 图1智能家居系统总体结构图 途径，也是小区内部管理的中心，在这里建立基于web服务器的小区管理信息系统，小区的住户资料存人小区数据库，住户的报警信息到来时，管理中心马上可以通过数据库查找相关资料·由于在管理中心计算机上集成有web服务器，用户可以通过internet用浏览器直接浏览家庭设备的当前状况，并可以通过web 直接控制家庭设备，控制信息通过浏览器提交给web服务器，然后小区管理中心计算机将控制信息转发给相应的家庭网络终端，家庭网络终端将控制信息直接转发给相关控制设备，完成控制工作·控制完成后，家庭网络终端再将结果信息反馈回小区管理中心计算机，小区管理中心将其写人数据库，并反馈给发出控制请求的用户· 且 一 的 当用户想通过电话控制家庭设备时，直接拨打家庭电话，可以在语音提示的帮助下，完成相关控制·家庭网络终端可以通过电话接口直接连接到PSTN上，当通过电话控制时，家庭网络终端自动将相关控制信息转发给相关控制设备·通过电话控制家用电器设置有密码功能，只有密码比较成功后才能够进人控制模块，这也提供了一定的安全性· 家庭报警信号的发送是自动化的·当家庭发生意外时，相关传感器将相应报警信息自动通过家庭总线系统发向家庭网络终端，家庭网络终端通过电话接口可以把报警信息直接发向用户的手机或者110，同时还通过小区网络将报警信息发向小区管理中心·智能家居系统 网络连接图如图2所示· 图2智能家居系统网络连接图

　3智能家居系统的设计与实现 智能家居系统是一个复杂庞大的系统，涉及现代计算机技术、通信技术、智能控制技术等技术含量较高的相关技术·本系统硬件设计涉及以下几部分：家庭网络终端，这是系统的核心，家庭网络终端承担了智能家居系统的核心任务·还有相关的家庭设施控制器：灯光控制器系统、红外线控制器系统、安防控制系统、空调控制器系统、其他家电控制器等·各控制器系统主要以单片机为控制核心完成控制工作·各系统的 硬件组成类似· 软件部分包括管理中心应用软件以及各89C52单片机控制软件·管理中心软件考虑到远程控制的安全性及未来的业务发展可能性，采用J2EE标准实施·数据库用SQL Server2000，主要涉及web服务器软件，小区管理信息系统软件，家庭网络设备控制软件，通信软件等（小区网络除以太网通信外，还可以采用串口总线作为备份通信链路). 嵌人式单片机软件采用il C51工具编制，编程效率高·由于各单片机软硬件设计类似，下面简要介绍家庭网络终端的组成原理· 3· 1家庭网络终端的硬件构成 家庭网络终端硬件系统主要由以下几大部分模块组成：控制核心89C52模块、串口扩展模块 ST16C554、语音处理电路模块IsD2590、以太网接口模块、电话网接口模块73M2901和家庭总线接口模块· 89C52是一种应用广泛的嵌人式单片机，价格便宜，性能优异，易于采购，且能够满足系统的基本需要，所以选用89C52作为控制核心·家庭网络终端需要与多种通信介质发生通信联系，所以需要进行串口扩展，选用sT16C554进行四串口扩展·扩展后的串口可以与以太网、电话网、家庭网络总线和笔记本电脑通信·电话网接口模块完成电话的接人控制，远程电话控制信息则通过该模块传递到89C52控制核心·以太网接口完成RS232和TCP/IP的协议转换·语音提示选用ISD2590完成，该芯片为美国ISD公司产品，音质良好，提供90秒语音记录，一部分用于系统提示音，剩下部分用于处理留言·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，就容易造成损失，看门狗电路的作用就是在程序跑飞，或者系统死机时，能有效地复位系统，以使系统正常运转·在程序主循环中定期给看门狗一个喂狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位·家庭网络终端硬件系统图如图3所示· 485总线 LTC1337串口 串口/兀P / Ip转换单元 2901a．× 32 家庭总线系统接口 现场调试接口 以太网接口 电话网接口 图3家庭网络终端硬件系统框图 3，2智能家居系统软件部分 本系统软件部分涉及多个软件：小区管理中心软件，单片机控制软件及每一个控制设备都需要专门的控制软件·下面主要介绍家庭网络终端软件，它包括几大模块：系统初始化模块、语音录放模块、系统参数配置模块、Modem操作模块、TCP/IP接人模块、家庭网络总线控制模块、通信转发模块等·程序编制以消息驱动为线索·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，将相应的状态标志位置位，在程序主循环中则查询相应的状态位，状态位有效时调用相应的模块函数进行处理·处理完成后将相应状态标志清0，返回，程序继续循环·家庭网络终端的主程序流程参见图4 · 第1期 陈良银等：智能家居系统的设计与实现 111

　 串口中断程序人口

　接收数据发送数据

　设置通信相关状态标记等

　 定时中断程序人口

　 设置通信定时状态等标记处相关处理

　 初始化并自检

　 读取配置参数

　返回

　 返回

　图4家庭网络终主程序流程 4结束语 本系统设计中充分考虑了现有可用网络资源，电话网络和Internet网络都是很普遍的现成网络，因此组建智能家居网络系统可以减少这一部分的工程投人，从而降低了费用·该系统推人市场后，已经获得部分市场的认可·后期，我们正着手升级家庭内部总线系统，以x10标准总线（电力载波）和无线传输作为家庭总线平台，这样的话，可以减去家庭内部布线的麻烦·随着人们生活水平的不断提高，预计智能家居系统会很快火热· 参考文献· [ 1〕William Buchanan. pc接口通信与Windows编程[M ]·北京：中国电力出版社，200L [2 ] Wayne wolf.嵌人式计算系统设计原理[M ] ·北京：机械工业出版社，2002 · [ 3 ] William Stallings.数据与计算机通信[M ]·北京：电子工业出版社，200L [4 ] Jan Axelson.串行端口大全[MI北京：中国电力出版社，200L [ 5 ] Abraham Silberschatz.数据库系统概论[ M ]· 2003· [ 6 ]张尧学，等，计算机网络与Internet教程[M).北京：清华大学出版社，2000· [ 7」庄成三，等·数据库系统原理及其应用[ M ]·北京：电子工业出版社· 2000· [ 8」陈坚，等．Modem通信编程技术[M ]·西安：西安电子科技大学出版社，] 999． [ 9 ]刘启原，刘轶·数据库与信息系统的安全[M工北京：北京科学出版社，2000 ·