红外通信在智能家居系统中的广泛运用

摘　要：本文介绍了红外通信和智能家居系统的主要功能及工作原理，并通过对家居系统软件设计及系统控制器的硬件选择来对智能家居系统进行实现，从而验证了基于红外通信的家居系统在人们日常生活中广泛的应用前景。

关键词：红外通信；智能家居；远程控制

1.引言
　　智能家居系统采用先进的信息传输技术和电子感应技术的智能性和开放性来集成，它将与生活有关的各种子系统有机的结合起来，利用先进的网络通讯技术实现对住宅的实时监控和管理，为用户提供安便捷的服务。本文采用红外收发模块和远程控制电话为信息平台进行信息反馈和远程控制，实现了远程遥控和远程报警的功能。
2.红外通信和智能家居系统工作原理
2.1 红外通信工作原理
　　红外通信的基本原理是利用波长950nm的近红外波段的红外线作为信息的载体，将二进制信号调制为若干脉冲信号，最后驱动红外线发射元件(如红外发光二极管)发射红外信号。红外接收端收到红外脉冲信号后，将红外信号转换为电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，最后还原成二进制信号输出。
2.2 智能家居系统工作原理
　　

　　图2.1 系统设计原理示意图
　　系统的工作原理如图2.1所示，系统在正常工作中处于低功耗监控状态，一旦各类传感器检测到警情，1号单片机就会预先利用对报警级别进行判断，通过红外收发模块发射红外报警信息，当载有警情的红外光被接收之后，就由2号单片机去拨通电话中预存的用户的电话号码，当用户收到报警信息之后，就可以根据语言电路发射的提示音输入密码，此时控制键的信号经接收电路解码后输入2号单片机中，此时控制信息又被红外收发模块发射到1号单片机上，最后经过光电转化后驱动相应的控制电路来控制家电，从而实现远程控制。
3.基于红外通信的智能家居系统的实现
3.1系统软件设计
    系统软件设计包含系统初始化、振铃检测计数、信号音提示、双音多频信号处理、摘挂机控制以及电器控制六部分。单片机通过软件程序实现对外部信息的采集、分析和处理决策，整个系统的软件流程是：初始化完成系统状态设置和数据初始化，通过单片机和DTMF电路共同完成电路自动答录功能，判断异常情况，通过电话拨号电路报警和进行电话电话录音，当用户根据提示音输入密码和相应控制键以后，音频信号进入单片机，驱动红外装置发射控制信号来完成整个系统的状态监测和控制功能。
3.2 系统控制器硬件选择
　　红外通信模块是家居控制系统中实现传统家电控制和家庭信息终端信息传输的基础组成部分，红外通信模块由红外信号接收装置、信息处理装置、红外信号发生装置三部分构成，与家庭控制器的连接采用RS232接口。
　　红外模块需要处理的信息与家庭控制器相比比较简单，采用传统的单片机作为微处理器，在体积、功耗、性能等方面无疑都是最佳的选择。我们选择美国Microchip公司的PIC16F877作为信息处理部分的核心处理芯片。PIC16F877属于PIC16F87X系列微控制器。PIC16F87X系列微控制器是PIC中级产品，它不仅保持了PIC系列基本级产品低价的特点，而且在性能上有了很大的提高，代码兼容性强，在各种电子产品中应用广泛，表现极佳。PIC16F877微控制器是一种高速、低功耗、高性能的CMOS器件，采用高性能的哈佛结构CPU和RISC指令集。PIC16F877的程序闪存为8K×14，数据随机存储器为368字节，EEPROM数据存储器为256字节。具有A、B、C、D、E五个I/O端口，具有14个中断源、三个定时器、两个CCP(捕捉器/比较器/PWM)模块、一个看门狗电路、一个并行从属端口PSP、集成了8通道A/D转换器。既有SPI 和I2C主串行通信端口，又有USART异步串行通信端口。其数据随机存储空间、定时器、串行通信端口、集成的A/D转换器、丰富的终端源都为家居控制系统的红外学习、数据传输、信息采集等功能实现提供了良好的支撑。
　　红外接收模块采用 HS0038 塑封一体化红外线接收器。HS0038 塑封一体化红外线接收器是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出的所有工作并与 TTL 电平信号兼容，没有红外信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，体积和普通的塑封三极管大小相当，适用于各种红外遥控和红外数据传输。其光电参数如　　表3.1所示：
　　表3.1 HS0038 塑封一体化红外线接收器光电参数(T=25℃)
　　

参数	符号	测试条件	数值			单位
			MIN	TYP	MAX
接收距离	L	光轴上Vcc	10	15	20	m
载波频率	Fo	38KHz
BPF宽度	Fdw	-3DB Band Width Vin=30u Vpp	2.0	3.3	5.0	kHz
工作电流	Icc	Vcc=3.0V	—	0.7	1.2	mA
静态电流	Iin	Vin=0V	0.3	—	0.7	mA
低电平输出	Vol	Vin=0V Vcc=3.0V	—	0.2	0.4	V
高电平输出	Voh	Vcc=3.0V	2.8	3.0	—	V
输出脉冲宽度	Tpwl		550	600	660	us
	Tpwh		550	600	660	us

4.结语
　　随着互联网和通信技术的快速发展，红外通信越来越受到人们的重视。由于红外线具有抗干扰能力强，安全可靠，可以有效克服传输距离短和障碍物的影响等优点而被广泛应用于智能系统领域，通过红外通信对家用电器进行远程控制也越来越普遍。本文介绍的基于红外通信的智能家居系统具有运行可靠性高，成本低，接口简单的优点，因此具有广泛的应用前景。
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