1背景
智能家居在国内外都是一个很流行的名词，智能家居又称智能住宅，在国外常常使用smarthome表示。智能家居是以住宅作为平台，利用综合布线技术，网络通信技术，安全防范技术，自动控制技术，音视频技术等将家居生活有关的设备进行集成化，自动化，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的智能管理，提升家居安全性，便利性，舒适性，艺术性，并实现环保节能的家居环境。20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE，HomeElectronics）出现。80年代中期，将家用电器，通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合一体后，形成了住宅自动化概念（HA，HomeAutomation）。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信，家电，安保设备通过总线技术进行监视，控制与管理的商用系统，这在美国被称为SmartHome，也就是现在智能家居的原型。
2系统设计
本系统由飞思卡尔的kinetis系列的K60FX512VLQ15（以下简称K60）芯片作为控制核心，K60是飞思卡尔公司设计的一款性能卓越的芯片，主要用于汽车电子，在全国大学生智能车竞赛“飞思卡尔杯”中为核心控制芯片之一。该芯片内部自带电源管理模块，有低功耗模式，在智能家居中作为主控芯片很合适。其次，作为一款32位的单片机，拥有很多IO线，片内集成各种通信模块，系统安全模块，有利于提高智能家居系统的安全性。
2.1电源模块
本系统采用6~8V的电源为系统供电，但系统使用的电压为5V，芯片使用的是3.3V的电压，因此需要设计电源电路将电源电压转换为5V和3.3V电压供电路正常工作。使用TPS76850稳压芯片组成系统稳压电源模块输出的电压稳定，电压大小为+5V，满足系统的正常使用，TPS76850所需的外围元件较少，电路内部还有过流，过热保护以及调整管的保护电路，使用起来可靠性高，方便，而且价格便宜。由于K60需要3.3V电压才能稳定工作且能够设计工作在低功耗模式下，因此还需采用3.3V稳压模块，ams1117-3.3是比较常用的三端稳压器，而且价格便宜，而且满足系统设计的要求，于是采用该稳压器稳定输出3.3V电压保证芯片正常工作。电路图如图1所示。
2.2继电器模块
继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“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。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。由于控制芯片是工作在低压范围而家居环境通常是220v的电压，在控制过程中只能采取继电器来控制家庭电网络。
2.3红外射频模块
红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。而且红外接收发送管的价格便宜，性能优异，在很多家用电器中都有使用，在智能家居系统中添加红外接收发送模块将大多数家庭设备巧妙的联系在一起，配合软件编程让红外接收发送模块自学习红外码将释放大量的遥控器以及减少电池的使用。考虑到设备可能在不同的房间内会面临信号接收不到的问题，因此采用多个红外收发传感器，在形成多方面接收信号，以扩大控制范围，在测试过程中是可行的。
2.4通信模块
串口wifi无线模块是将无线AP的wifi信号转换为串口的即插即用模块，该系统使用的是SSC-WiFi-03。SSC-WiFi-03是上海迅瞻电子科技第三代串口WLAN模块产品，该产品是基于标准UART接口符合IEEE802.11b/g模式的WiFi无线网络嵌入式模块。模块内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。通过SSC-WiFi模块，传统的串口设备也能轻松接入无线网络。模块采用高性能低功耗IEEE802.11b/g无线通信芯片，片内集成了高性能微处理器实现串口数据的透明传输，工作于2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信、工业控制领域。产品本身可将自己的串口接到计算机后用配置程序进行通信速率、格式、编码等的设定，无须其它任何编程装置。使用该模块大大简化了系统的编程，可以直接使用uart模块接收来自wifi的信息从而对系统进行控制，而且wifi可以远距离，联网操作。扩大了系统的实用性，方便性。
2.5温度传感器模块
该系统采用DS18B20温度传感器，测量室内温度，当用户切换到家庭自动控制模式时，只要录入家庭空调的遥控编码，会自动的根据测得的温度调控室内的温度从而避免室内过冷过热，也可以达到节电。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，这有利于系统的设计。
2.6显示模块
考虑到系统省电节能，又需要显示模块，于是采用OLED显示，OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够节省电能。OLED的成本相对其他显示模块成本低廉，而且控制系统不需要华丽的视觉，主要目的是智能化的家居以及节能，而且OLED的编程较其他显示模块简单，因此采用OLED是最合适不过的了。
3软件设计模块
本系统基于飞思卡尔的K60芯片的智能家居系统的工作流程如下：系统上电复位，程序初始化，显示界面初始化设置，按键进行操作，录入家庭内部的设备红外编码，保留红外编码。设置wifi配对信息，安全信息等一系列的系统初始化进程。以保证设备能够完美运行，掉电后恢复后也可以运行。初始化完成后系统进行中断执行程序，如果有用户的操作指令被检测到，执行用户的指令，前期设计中没有设计自己的app，使用的是代码指令，可能会令用户感到不满意，在后期的软件实现中会加入app功能，直接用手机app操作智能系统，即使出门在外只要有网络就可以控制家庭的设备。现在实现的功能是只要用户输入相应的指令后即可控制家庭的用电设备的开关，各种红外设备的启动还有各种操作，如果用户设置智能模式，系统会根据设定的模式进行执行实现智能控制，达到家居生活的舒适与便携。
4结语
本智能家居控制系统能够做到家居生活的智能便捷，有效的实现家居的节能节电，也有相应的安全控制，此装置结构简单，可靠性高，封装性好，只要接上控制线就很好的控制家庭，可靠性，安全性大大提高。
作者：汪世鹏 单位：安徽财经大学
