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作者：烟台职业学院 孙茂洧 张延鹏 王晶

指导教师：王强 刘广涛

　　作品简介

　　随着科技的发展及人们生活水平的不断提高，居住环境的改善备受关注，家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利的需求越来越受到开发商的重视。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的智能化控制系统，该系统可满足并实现高效、舒适、安全、便利、环保的人文居住环境。

　　随着家居智能化的快速兴起，现代家居中的安防、管理及控制等更多地功能被集成应用，从而使得家庭安防到家居的灯光、电器的智能控制，子系统越来越多、线路日趋复杂。在满足不断增长的功能需求的同时，提高系统的集成度，进一步提升系统的性价比，使安装及维护工作更为简单化，并能保证很好的灵活性，是现代家居智能化的发展趋势。

　　本设计选用的是ARM系列M4芯片为中心控制系统，原理方框图如下图所示。采用此电路的好处就是设计简单，采用ARM的串口通信方便对ARM外围电路的控制，电路由三大部分组成：电源电路、通信电路和控制电路。其中电源是为ARM芯及其他电路提供稳压电源，控制电路主要是通过继电器对家用电器的控制与直流电机对窗帘的控制。

　　智能家居系统在功能上是一套高度集成的智能化系统，主要集成了以下几方面的功能：各个检测模块和灯、空调、窗帘、报警、电热水壶及电冰箱等控制 。对于家电智能自动控制，主要是通过上位机和手机短信对ARM芯片进行操作、控制。由于PK10N512VLL10芯片I/O口较多，方便对家庭用电器进行控制，这里设计就是对ARM芯片中PTC、PTD口的控制。当其中的管脚置1时，控制对象带电，家用电器工作。

　　设计说明

　　目前微处理器的发展主要为两个方向：通用微处理器，嵌入式微处理器。微处理器主要是单片机，嵌入式的发展主要是ARM的发展。智能家居的设计采用了两种方案，一种是采用MSC—51系列单片机为核心的设计，一种是以ARM M4为核心的设计。

　　方案一，采用MSC—51系列单片机为设计的核心。MSC—51系列单片机有很多缺点，MSC—51系列单片机及其兼容机具有体积小、成本低、功能强、功耗低和指令丰富等特点，它已广泛地应用于工业自动化、产品智能化、金融、通讯、交通管理等领域。然而，仅仅按照所要实现的功能去设计系统，当系统置入实际使用环境中时，由于外界的干扰，加上MSC—51系列单片机及其兼容机本身固有的缺点，错误或故障现象经常地发生。其表现主要有两项：一、当微处理器受到各种干扰时，程序指针PC可能出错。因为MCS-51系列指令二字节、三字节指令较多，若运行至程序区，将操作数当成操作码执行，便会引起混乱;若跳到非程序区，很可能陷入某种循环不能出来。二、强脉冲干扰单片机的复位电路，产生误复位信号，使单片机误复位。本来正常运行的程序被中断，系统很能导致瘫痪。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则导致事故，造成重大损失。由此可见，抗干扰设计已成为MSC—51系列单片机系统设计的重要部分。

　　单片机系统的抗干扰性能通常是指单片机系统在特定条件下和规定时间内完成相应功能的能力。干扰单片机系统正常安全运行的因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺等影响。总结起来，形成干扰的因素有三个：干扰源：主要是交流干扰，即电压变化率较大或电流变化率较大的地方形成的电磁干扰; 传播路径：干扰信号从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介(导线，空间等);敏感器件：容易被干扰的对象。如：单片机，时钟等。以上的三个干扰因素可能导致单片机应用的缺点。方案二采用的是以ARM芯片为中心的设计，采用ARM势在必行,原因是ARM处理器已经成为32位嵌入式处理器事实上的标准;信息社会发展的必然;ARM是嵌入式CPU的主流技术。

　　采用ARM的优点

　　低功耗、低成本、高性能

　　带DSP及JAVA支持

　　RISC指令集、支持ARM/THUMB

　　芯片型号多

　　支持的操作系统多、支持的开发工具多

　　性价比的变化

　　调试技术的革新

　　对操作系统的更好的支持

　　更好的存储器管理

　　本设计采用的是方案二以ARM芯片为核心设计的，本项目为室内设计，设计对象包括;客厅、餐厅、厨房、卧室、卫生间。针对室内智能家居控制系统的实际需求，我们的设计充分考虑了照明、家电、电动窗帘控制的体验，同时结合了家庭的安全性要求。该控制系统由系统终端主机、各种智能模块、传感设备、精密机械设备等组成。系统充分体系了以高科技打造舒适、安全、便捷的人居环境。系统设计方框图如图2所示。

　　智能家居电路包含：电源模块、ARM最小系统、上位机、短信网关模块、广谱气体检测模块、声音光敏模块、热释红外模块、红外反射模块、霍尔开关模块、报警模块、继电器模块、直流电机。

　　各个模块的功能

　　1ARM最小系统

　　ARM最小体统是本设计的核心，不仅为ARM芯片提供了正常工作条件，而且其I/O口为其他电路提供了输出信号。

　　2电源模块

　　220V交流电转换为5V、3.3V直流稳压电源，为ARM和其他模块供电。

　　3报警模块

　　使用GPI0控制蜂鸣器、LED，当电路工作时蜂鸣器发声，灯亮。

　　4广谱气体检测模块

　　气敏型传感器可用于家庭气体泄漏检测装置，适宜于液化气，丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

　　5热释红外模块

　　热释红外型传感器，主要用于探测红外特征辐射，可感知人体，小动物的热源，适合做热释红外物体运动检测。

　　6 红外反射模块

　　主要用于检测物体的移动。

　　7声音光敏模块

　　可检测声音和光照强度，应用在道路交通光线检测，楼宇声光检测等领域。

　　8继电器模块

　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

　　9短信网关模块

　　短信网关就是用手机短信对上位机的控制。