1 裝置硬件設計

　　1．1 硬件功能規(guī)劃

　　智能化住宅家庭控制裝置所實現(xiàn)的功能包括：對住宅居室環(huán)境(溫度,、濕度)進行監(jiān)控,；對住戶三表(水表、煤氣表,、電表)實現(xiàn)遠傳計費,；對住戶實現(xiàn)三防(防火、防煤氣泄漏,、防盜),；對廚房設備實現(xiàn)時序控制；對衛(wèi)生間實現(xiàn)自動排風控制,。其中每個裝置均可作為一個智能節(jié)點,，多個節(jié)點構(gòu)成了智能小區(qū)管理網(wǎng)絡系統(tǒng) (即LonWorks網(wǎng)絡)，在小區(qū)中心設置服務器可實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡的管理,。此外,，家用電腦可與家庭控制裝置通信，實現(xiàn)對室內(nèi)設備的管理,。

　　1．2 硬件總體設計方案

　　依據(jù)對裝置功能的上述規(guī)劃,，可將裝置分為兩部分設計，即Lon控制模塊設計和采集模塊設計,?？刂蒲b置以Lon控制模塊為核心，通過對采集電路所采集的各種信號加以作用,，完成裝置的各種功能,。其中Lon控制模塊包括神經(jīng)元(neuron) 芯片、存儲器,、晶振,、收發(fā)器等；采集模塊包括I／O接口電路,、光電隔離保護電路,、驅(qū)動電路、緩沖電路,、保持電路,、鎖存電路以及A／D轉(zhuǎn)換電路等,；二部分之間通過一個18針雙列直插式板邊連接器和一個6針單列直插式板邊連接器相連,，符合模塊化設計,，便于安裝與調(diào)試。該硬件裝置原理圖如圖1所示,。

　　1．3 Lon控制模塊設計

　　在該模塊的設計中,，涉及到神經(jīng)元芯片的選擇、存儲器的分配,、通信端口的配置問題,，分別介紹如下。

　　1．3．1 神經(jīng)元芯片選擇

　　神經(jīng)元芯片包括Neuron3120xx和Neuron3150,，這兩種芯片在功能上大體相同,，只是3120芯片內(nèi)含有2k存儲器，多用于功能較少而不需要擴展存儲器的硬件構(gòu)造中,；而Neuron3150芯片內(nèi)部具有0．5k EEPROM,、2k RAM存儲器，可外擴存儲器來存儲信息,，可以用來開發(fā)更為復雜的應用系統(tǒng),。本文選用Neuron3150芯片作為開發(fā)裝置的核心器件。

　　1．3．2 通信端口配置

　　Neuron3150芯片的通信口可與多種傳輸媒介接口(即網(wǎng)絡收發(fā)器)相連接,，以實現(xiàn)較寬范圍的傳輸速率,。同時，各種不同類型的網(wǎng)絡收發(fā)器的配置,，也為選擇不同通信媒介提供了條件,。本設計中的家庭控制裝置采用FTT-10型收發(fā)器配置，利用雙絞線實現(xiàn)與家用電腦以及整個小區(qū)管理網(wǎng)絡的信息傳遞,。FTT- 10型收發(fā)器采用變壓器隔離,，可以實現(xiàn)高隔離、高抗擾,，其傳輸距離可達2700米,、傳輸速率達78 kb／s，可滿足裝置與上位機信息傳遞的要求,。Neuron3150芯片的通信端口可以配置成三種工作方式：單端工作方式,、差分工作方式、專用工作方式,。不同工作方式所對應的引腳定義不同,，如表1所示。

　　本裝置中Neuron3 1 50芯片的通信端口采用單端工作方式配置,，與FTT-10收發(fā)器的配置如圖2所示,，其中FTT-10的CLK端與3150的CLK2相連,，以保證二者的時序一致。

　　1．3．3 存儲器分配及電路設計

　　由于Neuron3150芯片內(nèi)部的存儲器不能滿足存儲要求,，因此在 Lon控制模塊設計中,，采用外接32k閃存和24kSRAM作為外存，其中16kB(尋址范圍0X0000-0X3FFF)閃存用來保存 Neuron3150芯片固件,，另16kB閃存(0X4000-0X7FFF)用來存儲各種配置以及應用信息,。24k SRAM主要用于存儲應用數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的緩存。存儲器分配圖如圖3所示：

　　在電路設計中,，利用3150芯片的A15端口來實現(xiàn)對32k閃存的片選 (低電平有效),，利用3150芯片的A14、A13進行與非運算所得結(jié)果,，與A15再進行與非運算來驅(qū)動SRAM的片選(低電平有效),。具體電路設計如圖4所示。

　　1．4 采集電路設計

　　依據(jù)裝置要實現(xiàn)的功能,，采集電路規(guī)劃為數(shù)字輸入12路,、數(shù)字輸出12路、模擬輸入 4路：Neuron3150芯片I／07至I／0010管腳用來接收室內(nèi)溫濕度值,，配置成4路模擬電路,；I／O-O至I／O-6管腳和利用地址總線擴展出的3路I／O口共同形成24路數(shù)字信號。

　　1．4．1 模擬輸入電路設計

　　模擬輸入電路為檢測居室環(huán)境(溫度,、濕度)設計,，該電路如圖5所示。

 　　圖中的Max186芯片是用于進行A／D轉(zhuǎn)換的,，由美國美信公司生產(chǎn),，Max186是12位的數(shù)據(jù)采集集成芯片，它把8通道多路開關(guān),、大帶寬跟蹤／保持電路和串行接口組合在一起,，4線串行接口可直接接到SPI、QSPIMicrowire器件而無需外加邏輯,，使用內(nèi)部時鐘或外部串行接口時鐘以完成逐次逼近模／數(shù)轉(zhuǎn)換,。通過射隨器進入芯片的模擬輸入信號為0-5 V電壓信號，它可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并以Neurowire總線方式串行進入神經(jīng)元芯片中,，然后存放在存儲器SRAM中,，這些數(shù)據(jù)可傳到家用電腦中用來顯示和記錄。

　　1．4．2 數(shù)字電路設計

　　數(shù)字電路設計包括輸入電路設計和輸出電路設計,。

   　(1)數(shù)字輸入電路

　　數(shù)字輸入電路為采集三表,、三防信號而設計，電路如圖6所示,。數(shù)字輸入電路以神經(jīng)元芯片中的I／O-O-I／O-5管腳所擴展成的6總線為基礎,，通過片選信號作用形成12路,，此電路中光電隔離的輸入端，接各種傳感器信號,，以防止因傳感器輸入電壓過大而燒毀元器件,。2片74LS245芯片作為數(shù)字輸入緩沖電路，以確保裝置能準確地接受傳感器的信號,。

　　(2)數(shù)字輸出電路

　　數(shù)字輸出電路以I／O-O-I／O-5管腳所擴展成的6總線為基礎,，通過片選信號作用形成12路，電路如圖6所示,。圖中2片74LS273芯片作為輸出鎖存電路，利用該電路保持輸入狀態(tài)的特點,，使Lon控制模塊輸出的信號可靠地傳到各種執(zhí)行裝置上,。

　　1．5 抗擾電路設計

　　在硬件設計過程中，考慮了多種抗擾設計措施,。

(1)采用高品質(zhì)的電源向控制器供電,，單點接電源，單點接地,。
(2)線路板上的數(shù)字電路與模擬電路盡量分開,，數(shù)字地與模擬地分開，地線,、電源線盡量加粗,。
(3)輸入信號加光電耦合器隔離，防止外圍器件動作時產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路,。
(4)數(shù)字量輸出的繼電器線圈處要加放電二極管,，可以用串一個電阻的辦法來軟化信號的跳變沿或提供一定的阻尼。

　　2 程序設計

　　上述功能在應用程序中采用模塊化設計,，主要包括遠程抄表模塊,、報警聯(lián)動模塊、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測模塊,、順序控制模塊,，各功能模塊采用定時器事件來驅(qū)動。程序流程圖如圖7所示：

　　3 結(jié)論

　　利用此裝置可以控制住宅溫,、濕度等參數(shù),，以滿足智能住宅規(guī)定標準(溫度控制在18～28℃，濕度控制在30～70％,；此裝置能夠?qū)⒏鞣N信息準確采集,，并能按照事先設定好的方式發(fā)出命令，實現(xiàn)三防(火,、盜,、氣),，對廚房炊具、衛(wèi)生間排風進行監(jiān)控,，三表計費等功能,；此裝置可以將三表采集信息、室內(nèi)溫濕度數(shù)值以及室內(nèi)設備狀態(tài)準確地傳遞給家用電腦,，家用電腦能夠監(jiān)控控制裝置的工作,。