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篇1：智能幕墙的控制系统与设计的实现方法的论文
智能幕墙的控制系统与设计的实现方法的论文
1 系统概述
智能幕墙控制系统主要由检测环境参数的温度传感器、风传感器、光照传感器、雨滴传感器和中央处理单元plc(可编程控制器)组成,系统具有运行稳定、处理功能强大和扩展性强的特点。控制系统通过人机界面进行执行机构的操作,集中显示幕墙上各个设备的运行状况,整体有效的管理幕墙。
2 功能设计
(1)日照调节。
能源消费包括人工照明,日照最大化是低能耗设计的重要目的之一,幕墙控制系统能机动的控制幕墙遮挡设备,减小阳光对建筑内部舒适条件造成伤害,减少过加热、过强光和照射过渡等。
(2)通风控制。
幕墙智能控制系统根据室内外环境温度,夏季当周围温度不超过30℃(温度可通过控制系统设定)时,幕墙智能控制系统驱动执行机构将可伸缩的屋顶、机动窗户等打开实现自然通风。冬季当外界温度低于5℃(温度可通过控制系统设定)时,启动机械通风装置。
(3)发电功能。
利用光伏发电实现建筑物电的自给。
(4)构造控制。
使用者可通过人机界面、遥控装置和墙上的开关对幕墙构造进行有效控制。
(5)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,太阳能集热器将太阳能热量通过换热将水加热;可为建筑物冬季通过地板取暖提供热能,可为建筑物提供清洁的热水。
(6)安防功能。将安防报警系统接入幕墙智能控制系统,实现对门窗的安全防范。
3 智能幕墙功能与高科技产品功能的实现
(1)防盗报警。
在建筑玻璃幕墙上安装玻璃碎片探测器,当有人或硬物将玻璃幕墙击碎时,探测器检测到信号后通过与他相连的智能控制系统通过扬声器发出报警信号;在门、窗上安装门磁开关,当有人非法闯入时,门磁开关接通报警装置报警。系统同时将启动联动的摄像机,将报警画面传送给安保人员。
(2)光伏发电。
利用幕墙结构位置(不影响采光等因素),将太阳能光电池板与幕墙结合,利用太阳能光电池板来给智能控制系统或其它负荷提供电能。
(3)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,由集热器将太阳能热量通过换热将水加热,可为建筑物冬季通过地热取暖提供热能,为建筑物提供清洁的热水。
(4)光控。
在幕墙上安装日光控制器,通过日光控制器检测到日光强度。日光控制器将信号通过智能控制系统驱动执行器来控制百叶的开关状态:当阳光充足时,智能控制系统将百叶窗放下;当阳光强度变弱时,智能控制系统将百叶窗打开。
(5)声控。
在智能幕墙控制系统中加装声音控制器,用来接收使用人通过声音发出的控制指令,实现门、窗和百叶等开启状态的智能控制。
(6)烟感控制。
当室内的烟雾传感器检测到空气有一定浓度的烟尘时,与烟雾传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将天窗、通风口等打开,同时通过扬声器发出报警信号。
(7)雨感。
在天窗和幕墙等位置安装雨滴传感器,当传感器检测到有降雨时,与传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将窗、门等关闭。
(8)门禁。
在主要出入口处安装门禁(语音门禁、指纹门禁和视网膜门禁)控制系统,通过访问人的特征如语音、指纹和视网膜等,在门禁系统中设置访问人的权限,用来识别访问者的权利。
(9)红外远程控制。
在智能控制系统中加装红外接收器,通过使用人手持遥控装置发出的指令,红外接收器将指令传送给智能控制系统,智能控制系统驱动执行机构完成门、窗、百叶等开关状态。
(10)安全防范。
在幕墙门窗的.窗户前安装红外报警器,当有无人照看儿童想要攀爬门窗时,红外报警器通过控制装置声光报警信号,同时智能控制系统关闭窗户以防事故的发生。
4 智能幕墙的设计
智能幕墙系统主要由输入传感器、输出执行器件、控制系统、光伏发电系统4部分组成。
4.1 输入传感器
玻璃碎片探测器、雨滴传感器、日光控制器、红外线接收器、门磁开关、限位开关等。
4.2 输出执行器件
电机、马达、电磁阀、扬声器等。
4.3 控制系统
通过输入设备(如阳光控制器、温度传感器、雨滴探测器等)将现场参数输入给控制柜中的plc控制系统;经plc处理后的参数驱动执行机构(电机、马达、电磁阀、扬声器)带动门窗、百叶等构件的动作。在中控室连接人机界面,操作者可以点动鼠标轻松管理整个幕墙所有设备的运行状况。
4.4 光伏发电系统
光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子——空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。
5 光伏系统的设计
太阳能光伏发电系统的组成。
(1)控制器。
控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特殊要求确定控制器的类型,一般必须具备的功能有:①信号检测。
②蓄电池最优充电控制。
③蓄电池放电管理。
④设备保护。
⑤故障诊断定位。
⑥运行状态指示。
(2)逆变器。
根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。
(3)太阳能光伏发电系统的防雷接地。
如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员伤亡,所以在设计过程中应做防雷设计。
6 结语
智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用过程的能源,降低了生产和建筑物使用过程的费用。因此智能幕墙系统庞大,具有很好的发展空间和前景。
参考文献:
[1]刘光源.简明电气安装工手册[m].北京:机械工业出版社,2001
篇2：停车场照明智能控制系统的设计与实现论文
目前很多在建和已建高层住宅大部分都建有地下停车场，这些停车场一般都有多个人员出入口和多个车辆出入口，由于这些停车场面积大、光线差，需要大量的照明设备长期照明。如果用通常的控制方法则需要的线路较长，而且回路复杂，由于各出人口与行车路线之间不是简单的一一对应关系，因此很难用简单的强电控制方式实现停车场内部照明的自动控制，通常只能采用连续照明方式。有的地方虽然采用红外或声控开关来控制照明，但是只能对某一个小区域(如出入楼梯口处)实现自动控制，而不能对全部停车场照明实现自动控制。这样不仅造成巨大的能源浪费和设备损耗，也给小区的物业管理造成很大的经济负担。
几乎所有的高层住宅都存在这样的问题，国外已经开发出类似的智能照明控制系统解决以上的问题，但是产品的价格很高；国内市场上尚无此类的产品出现，本文设计的智能照明控制系统则可以填补此项空白。
1 系统简介
1．1 系统实现的功能
使用者可以根据本地停车场的具体情况编辑适合于自己的照明控制方案，下载到系统的各节点中。当有人员或者车辆进入停车场时，该照明智能控制系统能够根据照明控制方案对停车场内指定的照明设备进行控制，实现照明的智能控制。
1．2 系统组成
该系统由上位机、出人口控制节点和基本节点等组成，各个部分通过CAN总线进行连接。
CAN总线是Bosch公司为现代汽车应用而推出的一种总线，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。基于以上特点，该系统选用CAN总线作为该系统的数据传输总线。
上位机将系统中所有节点的控制方案下载到相应的节点中后，各节点将根据这些从上位机下载的节点间的互联关系表完成与有关节点的交互。
基本节点与一定数量的传感器回路和照明回路相连。当传感器监测到附近有人员或车辆经过时，传感器向与之相连的基本节点发送信号；基本节点接收到此传感器的信号后搜索从上位机下载的本节点的传感器与照明灯的互联关系，判断本节点上是否有与之关联的灯，有则点亮此灯并保持照明一段时间，同时该基本节点也通过CAN总线向其它基本节点发送该传感器的消息；当其它的基本节点收到此消息时，同样根据互联关系表判断本节点是否有与此传感器相关联的灯，如果有也打开相应的灯并保持照明一段时间。这样所有节点就会按照使用者制定的方案打开预期的照明回路，从而实现照明控制的智能化。
出人口控制节点(下面简称为控制节点)位于停车场的出人口处。控制节点随时监听CAN总线上的各种消息，当某照明回路的状态发生改变时，控制节点根据从上位机下载的状态指示灯与照明回路的对应关系，将其回路的状态改变反映到状态指示灯上。
1.3系统的工作原理
(1)基本节点中存储着该节点控制的照明设备与其它节点的传感器的互联关系。当某一基本节点接收到其它的基本节点发送的传感器信息时，该基本节点搜索本地的互联关系，并打开与此传感器相关的照明设备；
(2)当基本节点接收到上位机发送的上传命令时，基本节点将存于本地的控制方案上传到上位机；当基本节点接收到上位机发送的下载命令时，基本节点将与之相关的控制方案下载到本地；
(3)基本节点利用与之相连的传感器监测车辆、人员的通过情况。当有车辆、人员通过时，该基本节点便通过CAN总线向系统中的其它节点发送相关的传感器的信息；
(4)主控节点中存储着状态指示灯与本系统中的各照明回路的对应关系。当主控节点的某一开关被按下时，主控节点便向与对应照明回路相连的基本节点发送命令，打开指定回路的所有照明设备；
(5)当主控节点接收到上位机发送的上传命令时，主控节点将存于本地的互联方案上传到上位机；当主控节点接收到上位机发送的下载命令时，基本节点将与之相关的互联方案下载到本地；
(6)主控节点随时监听CAN总线上的各种命令，并通过状态指示灯随时反映停车场的各个照明回路的状态。
2 系统的软、硬件设计
2．1 上位机的软件设计
上位机采用普通的PC机，通过该系统的上层管理软件可以完成控制方案的编辑、修改、下载和上传。上位机可以通过CAN接口卡或者串口――CAN接口转换器与该系统进行连接。当控制方案下载完成后，该系统就可以脱离上位机独立运行。
上位机管理软件的主要功能是：控制节点的状态指示灯与该系统照明回路的对应关系的编辑、下载和上传；基本节点的照明回路与其它基本节点的传感器互联关系的编辑、下载和上传；各种互联关系的显示、保存和读取；停车场各照明回路状态的监控。
由于上位机管理软件应用组态技术，使用者可以很直观地编辑、修改节点间的互联关系。管理软件通过CAN接口卡或者CAN(串口转换器)同系统中的各个节点进行交互，实现互联关系的上传和下载。
2．2 控制方案的配置与修改方法
使用者可以通过多种途径生成一个适合于本地的停车场控制方案：通过传统的表格的方式描述停车场各个节点的互联关系；在停车场的平面图中通过简单的连线方式描述各个节点的互联关系；通过上载原有的停车场控制方案，对其进行修改，从而生成适合于本地的控制方案。
使用者也可以通过同样的方式对停车场的控制方案进行修改：通过修改互联关系的表格从而修改停车场各个节点的互联关系；运用组态方式，通过修改各个模块之间的连线关系，从而修改各个节点的互联关系。
2．3 控制节点的软、硬件设计
2．3．1 控制节点的硬件设计
控制节点位于停车场的出人口处，主要用于对停车场内的各照明灯回路进行远程控制，并能够实时监测、显示各回路的状态。
控制节点的硬件部分主要由控制器、CAN接口、外部存储器、状态指示灯、控制开关和看门狗等部分组成。CPU通过CAN控制器与CAN总线进行连接；外部存储器用于存储该控制节点的状态指示灯与系统中各照明回路的对应关系，也可以作为控制器的缓冲区。由于系统中是通过CAN总线进行通信的，最高的通信速率可以达 到1Mbps，所以对存储器的存储速度应该具有一定的速度要求；状态指示灯可以实时显示停车场内各个照明回路的开关状态，使用者只要通过这些状态指示灯就可以了解该停车场内的照明情况；控制开关可以方便使用者通过手动方式控制停车场内的各照明回路的开关状态，当出现紧急情况时使用者也可以通过其中的总开关打开停车场内的所有照明灯。
为了便于相互识别，每个系统中的控制节点都有唯一的标号，状态指示灯与系统中回路的对应关系是通过上位机的管理软件下载的。
2．3．2 控制节点的软件设计
控制节点软件主要负责控制节点的初始化、状态指示灯的显示、控制开关的监测和解释、CAN总线命令的读取和解释、CAN总线命令的发送、外部存储器的管理、中断处理等。
基于以上的功能，控制节点软件主要包括以下一些子程序：系统初始化子程序、CAN总线初始化子程序、状态指示灯显示控制子程序、控制开关解释子程序、CAN命令解释子程序、CAN命令发送子程序、外部存储器读取子程序、外部存储器写入子程序、CAN中断处理程序、定时器中断处理程序。
控制节点软件的主要部分就是对CAN总线的编程和对外部存储器的管理。根据控制的需要，在CAN总线上传输的命令被分为几类：联机命令、状态指示灯与照明回路对应关系的上传和下载命令、照明回路的控制命令、总闸命令等。控制节点软件要对从上位机和其它基本节点传送的所有的命令进行解释并做相应的处理。当节点数目较多，互联关系变得比较复杂，存储这些互联关系所需要的空间也就比较大，这就需要用外部存储器存储这些关系表，并且软件需要对这些关系表进行有效管理。
2．4 基本节点的软、硬件设计
2．4．1 基本节点的硬件设计
基本节点是控制系统中的照明设备和接收传感器信号的基本单元。当监测到人员或车辆通过时，基本节点除了负责自身的`照明回路的开关外也负责通知其它的节点，从而形成一个分布式的监控网络。
基本节点的结构与控制节点相似，不同的是存储器中存储着本节点的照明回路与其它各基本节点的传感器的逻辑关系表。其中CPU通过继电器组实现对停车场内各照明回路的控制。当有人员或车辆通过时，停车场内的传感器通过传感器组接口向CPU发送信号，从而实现该系统的监测功能。8位拨码开关用于指定该节点的序号。基本节点的其它器件与控制节点相同。
2．4．2 基本节点的软件设计
基本节点软件主要负责基本节点的初始化、继电器组的控制、拨码开关的读取、CAN总线命令的读取和解释、CAN总线命令的发送、外部存储器的管理、中断处理等。
基于以上功能，基本节点软件主要包括以下一些子程序：系统初始化子程序、CAN总线初始化子程序、继电器组控制子程序、拨码开关读取子程序、CAN命令解释子程序、CAN命令发送子程序、外部存储器读取子程序、外部存储器写入子程序、CAN中断处理程序、定时器中断处理程序。
基本节点的软件结构与控制节点的相似，需要处理的命令也与控制节点相似。基本节点软件要对从上位机、控制节点和其它基本节点传送的所有的命令进行解释并做相应的处理。
3 系统的特点
(1)采用模块化的设计：可以很方便地安装、拆除该系统的某一部分或者全部；
(2)方便灵活的配置方案：用户可以随时修改、上传、下载系统的控制方案；
(3)简单易用的上层软件：用户可以通过上位机简单直观地设计适合本地的控制方案；
(4)高度的通用性：由于模块化的设计，该系统可以很灵活地配置到不同的停车场中；
(5)较低的产品价格：相对于传统的控制系统，该系统可以节省大量的布线、安装的费用；
(6)节能：没有人或者车辆通过时，系统自动关闭照明灯，从而大大延长照明设备的使用寿命。
4 结束语
该系统能够大大降低现有的停车场照明系统的布线的复杂度，并且能够有效延长照明设备的使用寿命，实现照明的智能化，具有广阔的应用前景。
参考文献
1 阳宪惠．现场总线技术及其应用．清华大学出版社，1999
2 马国华．监控组态软件及其应用．清华大学出版社，2001
3 徐爱钧．彭秀华．单片机高级语言C51应用程序设计．电子工业出版社，1997
篇3：无线通信控制系统设计与实现论文
无线通信控制系统设计与实现论文
摘要：本文针海上无线通信电台通信距离过短、电台覆盖范围较小的问题，设计了一套无线通信控制系统，通过IP网络将远端无线电台设备连接至通信中心枢纽，进而扩大海上无线通信覆盖范围，有效解决了单部电台通信距离受限的问题，并且实现了电台之间互为备份，提高了海上超短波通信的可靠性。
关键词：无线电台；远程控制；IP网络
超短波通信利用视距传播方式，比短波天波传输稳定性高，受季节和天气变化的影响小，通常为调频的调制方式，信噪比比较高，通信质量也优于短波电台，因此超短波电台是海上与岸站通信的主要手段。但是超短波电台存在通信距离较近等问题，在实际使用中，由于干扰等因素的存在，使得通信距离大大缩短，实际使用中通信距离经常会小于50公里。在海上通信中，由于船只分布比较分散，船载电台与岸端电台距离会比较远，从而造成无法正常通信的问题。通过在沿海高地间隔一定距离布设无线电台的方式，可以扩大无线电信号的覆盖范围，便于海上面分散船只进行指挥，同时电台之间互为备份，可以增加海上超短波通信的可靠性。通过远程控制的方式操作电台设备，可以使得岸站通信枢纽不用随着电台的位置而变换。
1系统网络结构及设备组成
调度台布设在岸站通信枢纽，远端机布设在远端电台位置，调度台通过远端机来对远端电台进行控制，实现对电台的远程控制。系统可实现中心设备与调度台、远端机的联网，中心设备可以支持管理多个调度台、远端机；中心设备与调度台、远端机之间通过以太网互联，构成海上无线通信控制系统，如图1所示。图1系统网络结构整个系统组成包含中心设备和用户设备，中心设备包含：综合控制中心、网络交换机、网管；用户设备包含：调度台、远端机、超短波电台。设备组成见图2。
2系统工作原理
系统工作流程如下：调度台通过IP接入网络，话音信息经模数转换芯片转为数字信号，ARM将语音信息送至网口芯片转为IP包，交换中心根据网管具体配置信息对路由链路及设备状态进行查询，从而进行语音包的转发。其中交换中心的核心部分为主控程序，主控程序负责调度台、远端机、系统交换机的集中管理，对设备入网状况、设备参数配置、设备协议交互、网管信息配置进行统计，根据具体情况进行路由的建立与断开和协调管理。从交换中心转发出来的语音包送到远端通过IP连接的远端机，远端机将IP包信息进行话音与控制信令的转换，控制与远端机连接的电台，电台将语音通过无线信号发送到相应船只，从而实现通信枢纽到船只的信息通信。系统可以接入多路调度台和多路远端机，可进行一对多、多对多、一对一等多种模式的通话。收通路处理流程相反。系统媒体流及控制指令处理流程见图3。
2.1综合控制中心工作原理
综合控制中心是系统的核心功能设备，对外提供连接调度台、远端机、本地网管的所有接口功能，对内提供中心设备所有其它功能设备的互联接口。由主控板与交换板组成，主控板管理本中心设备内用户数据库，实现所有业务的汇接交换；执行与调度台、远端机数据通信协议，登记、修改网内所有设备数据信息；交换板提供内部所有单板间的IP数据交换及对外的以太网接口。
2.2调度台工作原理
调度台为通信枢纽人机交互的主要设备，采用电话机模式。调度台内部主要包括转换板与主控板，转换板负责将平衡语音数据与控制信令转换为IP数据包。主控板主要管理显示屏的显示、指示灯控制、响应键盘操作等。调度台原理框图如图4所示。
2.3远端机工作原理
远端机为系统与电台沟通的桥梁，远端机从IP口接收到数据后，通过ARM/DSP将数据包发送至FPGA，FPGA将接收到的数据包发送至主控板，主控板将接收到的信号进行分流，语音信息发送至FPGA进行语音合并，电台控制信息送至MCU进行解析。MCU将控制信息转换成电台所能识别的远控指令发送至电台遥控口，FPGA则将收到的`Frame信息解析成相应的PTT、BUSY、语音包等进行收发控制与语音的转发。
3网管终端
网管终端软件提供图形可视化界面方便对系统进行管理配置操作，主要管理交换中心的参数信息，通过网管软件即可完成系统配置、远端机所控电台的类型切换及电台的参数更改等一系列配置。软件对配置数据、历史告警信息、用户管理等多种信息可长期保存，并提供可视化的管理界面。采用功能模块化设计，便于以后功能增加，提供更多可视化的管理操作，提升海上无线通信控制系统的管理和使用效率。
4结束语
本文基于海上远程控制的需求，设计了海上无线通信控制系统，详细描述了系统的组成与工作原理，充分利用了电台技术与互联网技术各自的优势，不仅可以拓展无线电台的通信范围，而且可以对电台进行远程控制。该系统已经应用于实践中，效果达到了设计要求。系统的扩展能力较好，并且通过简单的改造，可以适用于其它类型电台设备的远程控制，具有广泛的应用价值。
参考文献：
[1]何君，徐益平，陈雪丽.基于ARM9的无线电台网络控制系统的设计与研究[J].仪器仪表学报，2008.
[2]苏锦海，张传富.军事信息系统[M].北京:电子工业出版社，2010.
[3]石琼，寝室刚，刘宗瑶.基于局域网的军用电台远程通信及控制系统[J].计算机系统应用，2016.
篇4：智能家居控制系统的设计与实现
智能家居控制系统的设计与实现
摘要：介绍了以PC（个人计算机）、MCU（单片机AT89C52）、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心，通过现有的电话网络终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统，给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法。
关键词：远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化
21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，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……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。
1 系统的总体结构及工作过程(本网网收集整理)
智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN?公用电话交换网?接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。
该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。
2 系统的硬件构成
本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。
通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。
2．1 nRF401 无线数据传输电路
无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其外围电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。
2．2 看门狗电路
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。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。
2．3 DS1307时钟接口电路
DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的`影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总
线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。
2．4 MT8880C双音频编解码电路
由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。
2．5 ISD4004语音录放电路
ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。
2．6 MAX202串行通讯电路
通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成，通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。
2．7 铃流检测与摘挂机控制电路
当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波，失真小于10％，电压有效值为90±15V。振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数，以实现对铃流的检测。
由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约30mA），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1．7来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。
3 系统软件编制
本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。
3．1 系统主机程序的编制
系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。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，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。
3．2 系统与Internet网络通讯程序的编制
这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。
服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。
客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。
4 结论
本系统充分利用了现有的网络资源。通过在实际电话网络和Internet网络中的试运行证明：该系统能够达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。
篇5：智能家居控制系统的设计与实现
智能家居控制系统的设计与实现
摘要：介绍了以PC（个人计算机）、MCU（单片机AT89C52）、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心，通过现有的电话网络终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统，给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法。
关键词：远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化
21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的'任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，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……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。
1 系统的总体结构及工作过程
智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN?公用电话交换网?接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。
该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。
2 系统的硬件构成
本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。
通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。
2．1 nRF401 无线数据传输电路
无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其外围电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现
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篇6：出租车智能计价器的设计与实现探讨论文
出租车智能计价器的设计与实现探讨论文
0 引言
出租车作为城市交通中独特的交通工具，在城市交通运营中具有不可替代的重要作用。出租车司机最关心计价器的营运数据管理是否方便，而乘客往往最在意出租车计价计费是否合理。为了减少出租车司机和乘客间不必要的误会，设计既能准确计价又能方便使用的计价器显得非常重要。
科技在不断发展，社会在快速进步，出租车计价系统也需不断地得到优化。文中以嵌入式单片机AT89C51为主控MCU，设计多功能出租车智能计价器。此计价器能够按实际情况综合计价，并将乘车用时、行驶里程和乘车费用等重要信息显示出来，具有功能更齐全、系统更稳定、使用更方便等优势。
1 出租车智能计价系统总体设计
利用AT89C51作为单片机核心器件设计的智能计价系统，使用方便、灵敏性好，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。利用其I/O端口及其控制的多功能特点，采用按键控制进行分屏显示，实现基本乘车计价和信息显示功能。
在系统硬件设计中，以AT89C51单片机为控制中心，外接A44E霍尔传感器信号采集模块、时钟模块、按键模块、显示模块以及掉电保护存储模块。其中，选用A44E霍尔传感器信号采集模块可将磁感应转换为脉冲信号，从而计测出行车里程；时钟模块采用DS1302芯片，设置标准时钟；掉电存储模块采用AT24C02芯片，以确保掉电时数据自动保存在存储单元；当系统重新上电时，能自动读取数据；按键模块采用四个按键控制，可实现分屏显示功能；显示模块采用8位LED数码管进行显示。
2 系统软件设计
2.1 系统主程序
在主程序模块中，不仅需要完成参量和接口的初始化设计、出租车起步价和单价的设置以及中断、计算等操作，还应设置启动/清除标志、里程以及价格寄存器，并对其进行初始化。最后，为实现寄存器中内容的完整性及精确性，主程序应能分别完成启动、清除、计程及计费等操作。
当出租车起步运行时，计价器同时启动开始计价，根据里程寄存器中的存储数据进行运算并判别行驶路程是否超过起步价的里程。若已超过起步价里程，则根据里程值、单价数和起步价等来综合计算当前的乘车费用；当处于等待时段时，若无脉冲输入，不产生中断，一旦等待时间超过预设时间则会把等待超标费用另加到乘车总费用中，并显示相关信息。
2.2 系统模块程序
系统模块程序主要包括五个服务程序：显示子程序、里程计数中断、定时中断、中途等待中断和按键服务程序。各服务程序介绍如下：
（1）显示子程序。由于采取的是分屏数据显示方式，因此需要用到4 款显示子程序：时、分、秒的显示，金额单价的显示，路程单价的显示以及标准时间的显示。
（2）里程计数中断。霍耳传感器每输出一个低电平信号便中断一次，当里程计数器计满1000个里程脉冲时，便将当前计数送至里程计数中断服务程序，并将当前行车里程及相关数据传至行车里程与乘车费用寄存器中。
（3）定时中断。在定时中断服务程序中，设置一次中断时间为50ms，20 次中断时间为1s，计满1s后将数据送到相应显示单元实时显示。
（4）中途等待中断。在计数状态下霍耳开关无信号输出时，片内定时器启动。等待计时每达到5分钟，就会在当前金额基础上自动加上中途等待费用。等待结束后计价系统自动转换到正常计价程序。
（5）按键服务程序。按键服务采取查询模式，设置在主程序中。当无按键按下时，单片机循环运行主程序；按键被按下，则转向运行相应子程序，并进行其他操作处理。
3 系统仿真与功能实现
3.1 仿真软件Proteus简介
Proteus仿真软件是英国Labcenter Electronics公司设计开发的EDA工具，它不但拥有其它工具软件的仿真功能，而且可仿真微处理器和相关外围设备。Proteus软件功能强大：拥有Proteus电子设计工具，就等同搭建了一个电子设计和分析平台。利用功能强大的Proteus仿真软件，我们可以实现对电路的.仿真，以确定方案是否可行，并且可使设计过程流畅。
3.2 电路功能仿真
首先通过Proteus平台搭建电路，然后在KEIL中编写相应代码，并将生成的HEX文件在Proteus平台单片机模型中加载，便可看到仿真效果。
4 系统实验及结果分析
按原理图进行焊接，确保接线无误后。对实物进行调试与实验。实验结果表明，利用AT89C51主控，霍尔传感器进行采集，AT24C02进行掉电存储保护，配以程序，就能较好地实现出租车智能计价功能。
5 结论
文中设计的出租车智能计价系统能够实时存储相关数据，并通过8位LED数码管分屏显示存储数据，实现基本的计价功能。本系统对乘车中可能出现的情况考虑较全面，能根据白天、夜晚、中途等待等不同情况来调节单价，从而达到出租车智能计价的目的。当然，要达到大规模的实际应用要求，还需不断改进和完善系统综合性能指标，以达到实际应用要求。
智能幕墙的控制系统与设计的实现方法的论文（共6篇）
