基于ST7537HS1的家庭智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境方便快捷的要求越來(lái)越高，家庭自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。家庭自動(dòng)化是運(yùn)用現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)家電設(shè)備的自動(dòng)控制和管理，為用戶提供安全舒適、高效便利的生活環(huán)境的一種新技術(shù)。

在最新一代的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)中，包括各種設(shè)備、傳感器、使用控制器、電話接口等的應(yīng)用設(shè)備，可以通過(guò)家庭內(nèi)部干線傳輸數(shù)據(jù)、交換信息。例如，這種自動(dòng)化的房屋起火，探測(cè)器將通過(guò)電力線發(fā)出警告信號(hào)，這個(gè)信號(hào)將會(huì)被煤氣控制器和警覺(jué)系統(tǒng)接收，以切斷煤氣的供應(yīng)，而新的家庭專用的調(diào)制解調(diào)器集成芯片st7537hs1使這些家庭自動(dòng)化系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。

當(dāng)用戶發(fā)出指令或者家庭發(fā)生緊急情況時(shí)，該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)通過(guò)家庭自動(dòng)化專用調(diào)制解調(diào)器st7537hs1調(diào)制，從而達(dá)到利用普通電力線路傳輸數(shù)據(jù)、話音等多媒體業(yè)務(wù)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器自動(dòng)控制。他利用現(xiàn)有的電力線路，無(wú)需另外架設(shè)通信線路，也不占用通訊頻率資源，易于實(shí)現(xiàn)，是一種理想的家庭自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 st7537hs1調(diào)制解調(diào)器簡(jiǎn)介

家庭自動(dòng)化調(diào)制解調(diào)器st7537hs1是用模擬cmos技術(shù)制作的，在半雙工模式中利用載頻123.45khz傳送和接收數(shù)據(jù)的家庭專用調(diào)制解調(diào)器，他的速率可達(dá)1200b/s。

由于移幅鍵對(duì)噪聲和擴(kuò)頻很敏感，他要求復(fù)雜、價(jià)格昂貴的線路，所以st7537hs1就利用移頻鍵來(lái)傳輸，他把從電力線過(guò)來(lái)的傳輸和接收數(shù)據(jù)所必須的各種功能塊都包含在芯片上，除了這個(gè)集成電路以外僅需的外部器件有線驅(qū)動(dòng)器、變壓器，再加上準(zhǔn)備和解釋數(shù)據(jù)信息的微控制器。傳輸數(shù)據(jù)與額定內(nèi)部信息數(shù)據(jù)以1200b/s異步進(jìn)入fsk調(diào)制器。在調(diào)制器中，數(shù)據(jù)變換為2個(gè)頻率（133.05khz表示“0”，131.85khz表示“1”）這2個(gè)頻率由廉價(jià)的頻率為11.0592mhz的晶振產(chǎn)生。

在發(fā)送部分，從fsk調(diào)制器來(lái)的調(diào)制信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器濾波，來(lái)限制輸出頻譜和減少諧波器件的輸出電平，傳輸通道的最后一個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)需要從電源放大器發(fā)出的反饋信號(hào)的運(yùn)算放大器。

在接收部分，進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)入rai輸入口，在此信號(hào)被開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器首次濾波，這個(gè)濾波器以載頻為中心，帶通范圍大約為12khz，濾波器的輸出信號(hào)以20db增益級(jí)放大，放大了的信號(hào)進(jìn)入混頻器進(jìn)行降頻變頻，最后，中心頻率為5.4khz的中頻帶通濾波器使信號(hào)在進(jìn)入fsk解調(diào)器前，改善了信噪比，此中頻濾波器輸出口通過(guò)一個(gè)能取消接收信道偏移的外部電容與fsk解調(diào)器入口相連。此外，st7537hs1還有2個(gè)重要的功能：載波檢測(cè)和監(jiān)控功能。

3 系統(tǒng)概述

3.1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由主控模塊、調(diào)制解調(diào)器st7537hs1、電力線、電力線耦合器等組成。主控模塊的核心是mcs51單片機(jī)，并與st7537hs1相連，數(shù)據(jù)經(jīng)st7537hs1調(diào)制（解調(diào)）后耦合到電力線上，從而實(shí)現(xiàn)了電力線上的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 系統(tǒng)的工作過(guò)程

當(dāng)主人在辦公室或其他地方撥通家里的電話時(shí)，微處理器檢測(cè)到振鈴信號(hào)并進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)五次振鈴無(wú)人接聽(tīng)時(shí)就發(fā)送指令到模擬摘掛機(jī)電路，并控制語(yǔ)音電路播放提示音，此時(shí)主人再按提示進(jìn)行操作，操作產(chǎn)生的dtmf信號(hào)，經(jīng)解碼后送cpu處理，經(jīng)過(guò)st7537hs1調(diào)制到電力線中傳輸?shù)搅硪欢私庹{(diào)，各家用電器收到指令后驗(yàn)證是否與自己的代碼相符，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作并返回完成信號(hào)。

當(dāng)家中發(fā)生緊急情況時(shí)，如火災(zāi)、煤氣泄露、盜賊進(jìn)入等，傳感信號(hào)傳送到微處理器，經(jīng)過(guò)雙音頻解碼發(fā)送報(bào)警信號(hào)到預(yù)設(shè)電話。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。系統(tǒng)主模塊的核心器件是mcs51單片機(jī)，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍器件的控制，他內(nèi)置看門狗電路，防止程序死機(jī)，提高了系統(tǒng)的可靠性。st7537hs1主要完成信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)在電力線上傳輸。dtmf的收發(fā)由加拿大mitel公司生產(chǎn)的集收發(fā)于一體的mt8888集成芯片來(lái)完成，mt8888是采用cmos工藝生產(chǎn)的dtmf信號(hào)收發(fā)一體的集成電路，他的發(fā)送部分采用信號(hào)失真小、頻率穩(wěn)定性高的開(kāi)關(guān)電容式d/a變換器，可發(fā)出16種雙音多頻dtmf信號(hào)，接收部分用于完成dtmf信號(hào)的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進(jìn)制碼的方式輸出。語(yǔ)音電路用美國(guó)isd公司的2590語(yǔ)音芯片，錄放時(shí)間為90s，具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、無(wú)需專用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)是片內(nèi)e2prom容量為480kb，錄放時(shí)間長(zhǎng)，有10個(gè)地址輸入端，尋址能力達(dá)1024b，最多能分600段，設(shè)有ovf溢出端，便于和多個(gè)器件級(jí)聯(lián)，另外該系統(tǒng)還有一個(gè)小鍵盤通過(guò)芯片pcd3321p連接到單片機(jī)，以利于用戶在家中直接通過(guò)鍵盤來(lái)控制家用電器。

4.2 電力線接口

電力線接口由線驅(qū)動(dòng)器和線接口組成，他的框圖如圖3所示。他的主要功能是：

（1）在發(fā)送模式中，用以將st7537hs1送來(lái)的傳送信號(hào)（ato）放大和濾波。

（2）在接收模式中，從電力線給st7537hs1的接收口提供接收信號(hào)。

（3）有抵制尖峰脈沖和過(guò)載的保護(hù)電路。

4.3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

由于該系統(tǒng)涉及較多芯片和數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，因此軟件的設(shè)計(jì)也非常復(fù)雜。為此，把系統(tǒng)分為調(diào)制解調(diào)模塊、dtmf收發(fā)模塊、語(yǔ)音提示模塊、模擬摘掛機(jī)模塊，并針對(duì)各分模塊編制相應(yīng)的子程序。由主程序通過(guò)調(diào)用各子程序完成相應(yīng)的操作。在接收按鍵信號(hào)時(shí)加入了去抖動(dòng)程序，從而保證能準(zhǔn)確執(zhí)行相應(yīng)指令。主程序的設(shè)計(jì)流程如圖4所示。主程序經(jīng)過(guò)上電初始化，采集系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)用各子程序完成制定的操作和指令后重新返回采集參數(shù)狀態(tài)從而形成一個(gè)循環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

該家庭智能控制系統(tǒng)采用了st7537hs1家庭自動(dòng)化調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了信號(hào)在電力線及電話網(wǎng)中的傳輸，不需要另外鋪設(shè)通信線路，也不占用頻帶，是一種現(xiàn)有條件下家庭智能控制的簡(jiǎn)單有效的方法。