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)計報警時需要撥打用戶電話。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)控制繼電器來完成。電話模塊主要是一個音頻變壓器，它的作用是將電話線上的語音交流信號耦合到功放電路，同時也將撥號信號與語音提示信號耦合到電話線路上。變壓器的另外一個線圈連接到了主板的聲卡上，作用是將聲卡的音頻信號耦合到電話線上，同時也將電話線上的聲音耦合到了聲卡的線路輸入端。通過軟件聲音合成，方便地實現(xiàn)電話撥號、對輸入的音頻信號進(jìn)行識別就可以知道對方電話按鍵音的數(shù)字信號。

家電控制模塊設(shè)計大部分電器只要控制它的開和關(guān)就可以了，通過設(shè)計一個智能開關(guān)就可控制它。還有一部分電器不僅需要控制開和關(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，這些電器可以通過紅外遙控器來控制。因此設(shè)計一個無線轉(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實現(xiàn)控制。協(xié)議轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。無線紅外協(xié)議轉(zhuǎn)換器主要由無線接收模塊、紅外接收頭、單片機(jī)和紅外發(fā)射管組成。無線模塊用于接收無線遙控指令，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，根據(jù)無線遙控指令，從EEPROM讀出紅外數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生38kHz的調(diào)制信號，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射頻無線模塊。通過電力載波或無線遙控，可以控制智能開關(guān)。家電控制模塊模型如圖5所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個軟件系統(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;接收單片機(jī)模塊采集的報警信號;處理電話撥號、報警、控制等;設(shè)置各種參數(shù)。

1視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計視頻監(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)過編碼后的MPEG4數(shù)據(jù)流可保存到硬盤中，主要流程為:從MPEG4數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)→檢查硬盤空間→將數(shù)據(jù)寫入到硬盤。(4)視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊，編碼后的視頻數(shù)據(jù)是通過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，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)，最后斷開連接。

2報警模塊設(shè)計報警信息來自各種探測器，如紅外探測器、煙霧探測器、煤氣探測器等。這些報警信號都可以看成是一個開關(guān)量:開或關(guān)狀態(tài)。模塊將緊急情況發(fā)生的狀態(tài)定義為開，正常狀態(tài)定義為關(guān)，那么只要某個探測器處于開狀態(tài)，就認(rèn)為有報警發(fā)生了。為了區(qū)分不同的報警點(diǎn)信號，將探測器進(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，用來區(qū)分不同的探測器地址。地址結(jié)構(gòu):主機(jī)地址碼+探測器地址碼。地址編碼采用臺灣產(chǎn)的PT2262和深圳產(chǎn)的1527編碼，直接寫在芯片內(nèi)部。報警模塊由報警錄入、報警器修改、報警處理等部分組成。上位機(jī)從串口接收到報警信號后，進(jìn)行主機(jī)地址碼核對，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)時隨機(jī)生成不同的地址，在第一次使用時先讓探頭發(fā)出一個測試信號，主機(jī)接收到后就記錄到數(shù)據(jù)庫里，該探頭就屬于該主機(jī)了。探頭錄入流程如圖6所示。報警處理模塊收到報警信號后，首先查找數(shù)據(jù)庫，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)出報警信號，否則，簡單提示收到信號就可以了。這一過程如圖7所示。

3智能家居控制模塊設(shè)計該模塊實現(xiàn)對家電設(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Internet發(fā)送到智能家居主機(jī)，主機(jī)將控制信號轉(zhuǎn)化為X10協(xié)議，由電力載波傳送到智能開關(guān)，從而實現(xiàn)對家用電器的控制，或者將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)為遙控信號控制無線遙控智能開關(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，無校驗，停止位1。控制指令格式:起始碼1字節(jié)(@)+1字節(jié)長度(不包括@和長度字節(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“#”號與16進(jìn)制值40來表示，“@”與#40都是同一個意思，都是1個字節(jié)。1字節(jié)長度字段緊跟在起始字節(jié)后面，指出后面內(nèi)容的長度，不包括@和長度字節(jié)本身，長度字節(jié)使用2進(jìn)制值。指令字段只有1字節(jié)長度，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，所以指令沒有加校驗碼。現(xiàn)以無線遙控協(xié)議轉(zhuǎn)換為例進(jìn)行介紹，控制軟件將無線智能開關(guān)的地址碼通過串口發(fā)送到協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，智能遙控開關(guān)的地址碼與無線探測器的地址碼一樣，如2節(jié)所示。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊在接收到無線遙控指令后，根據(jù)智能遙控開關(guān)的地址碼，控制315M無線發(fā)射模塊輸出調(diào)幅的波形，智能開關(guān)收到波形碼后解碼。智能開關(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，就打開或關(guān)閉電器，完成遙控操作。

系統(tǒng)測試

以下是對智能家居系統(tǒng)進(jìn)行部分測試的結(jié)果。探測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。報警功能的測試:觸發(fā)一個門磁，智能家居主機(jī)立即拉響了警報，原來設(shè)置的電話已經(jīng)撥打成功，從電話里聽到了報警發(fā)生的時間地點(diǎn)。此時打開手機(jī)，就可以看到家里的畫面，手機(jī)客戶端軟件基于J2ME平臺開發(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)的測試情況。

結(jié)束語