Control remoto de electrodomésticos a través de Internet

Este artículo presenta un sistema doméstico inteligente con PC (computadora personal), MCU (computadora de un solo chip AT89C52), circuito integrado de códec multifrecuencia de doble tono MT8880C, chip de grabación y reproducción de voz ISD4004 y chip transceptor de datos inalámbrico nRF401 como núcleo. Se dan los principios del circuito del sistema, el diseño del hardware y los métodos de implementación. Palabras clave: Comunicación en red multifrecuencia de doble tono, control remoto, comunicación inalámbrica, domótica. El siglo XXI es el siglo de la información y varias nuevas tecnologías de telecomunicaciones e Internet han promovido enormes avances en la civilización humana. La aparición de los sistemas digitales de control del hogar permite a las personas controlar de forma remota cualquier aparato (aire acondicionado, calentador de agua, olla arrocera, iluminación, audio, grabadora de DVD) en cualquier momento y en cualquier lugar a través de teléfonos móviles o Internet. También puede encender el aire acondicionado en casa con anticipación, dejar que el calentador de agua hierva agua caliente con anticipación y usar la olla arrocera para cocinar un delicioso arroz de camino al trabajo. Y todo ello se consigue con unos pocos clics del ratón o una simple llamada telefónica. Además, el sistema también puede dotar a los hogares de múltiples funciones, como alarmas multicanal, monitorización remota y mensajes digitales. Si existe un cierto peligro, podemos notificarlo a usted y al 110 lo antes posible para tomar medidas adicionales. La vida hogareña cómoda y elegante es un signo de progreso social. El sistema de hogar inteligente puede controlar cómodamente los electrodomésticos, la iluminación, el suministro de energía y el entorno del hogar sin cambiar ningún electrodoméstico, lo que permite a las personas disfrutar de la vida moderna, sencilla y moderna que ofrece la alta tecnología. 1. La estructura general y el flujo de trabajo del sistema. El sistema doméstico inteligente consta de un host del sistema, extensiones del sistema, servidores de Internet e interfaces de red. Entre ellos, ¿el host del sistema se conecta a Internet a través del servidor (computadora personal) y se conecta a Internet a través de su propia PSTN? El circuito de interfaz de la red telefónica pública conmutada está conectado a la PSTN. Su diagrama de estructura se muestra en la Figura 1. El host y las extensiones forman una topología en estrella mediante transmisión inalámbrica. El host del sistema se comunica con la extensión del sistema a través de la red de transmisión inalámbrica local y envía comandos de control e información de retroalimentación. Cuando el sistema funciona normalmente, los usuarios pueden usar screen. width-400)this style. width = screen.\gtInternet y PSTN son dos redes a las que se puede acceder. Cuando se accede a través de Internet, el sistema puede proporcionar un software de terminal fácil de usar que permite a los usuarios controlar de forma remota los dispositivos del hogar iniciando sesión en un servidor que se ejecuta en el hogar. Cuando se acceda a través de PSTN, el sistema proporcionará a los usuarios una interfaz de operación por voz. El flujo de trabajo se muestra en la Figura 2. 2. El hardware del sistema consta de dos partes: el host del sistema y la extensión del sistema. La computadora host de este sistema consta de un microcontrolador AT89C52 y varios circuitos de interfaz, como se muestra en la Figura 3. La extensión del sistema está compuesta por un microcontrolador AT89C52, varios circuitos de interfaz, circuitos de unidades de sensores y circuitos de control de relés de estado sólido. El equipo específico está controlado por relés de estado sólido. El diagrama de bloques de hardware específico se muestra en la Figura 4. A través de varios circuitos de interfaz del host del sistema, la CPU del host se puede liberar de cálculos ocupados, de modo que la energía principal se pueda gastar en el control y la transmisión de información. El host del sistema realiza principalmente juicios lógicos basados ​​en los resultados de salida de cada circuito funcional y controla la salida de comandos. Los distintos circuitos de interfaz de la extensión del sistema son similares a los del ordenador host, pero los detalles varían según los diferentes dispositivos (unidades de sensores). A continuación se presentan principalmente los diversos circuitos de interfaz del host del sistema. 2.1 Circuito de transmisión de datos inalámbrico NRF401 El circuito de transmisión de datos inalámbrico está compuesto por el chip transceptor de datos inalámbrico UHF de un solo chip NRF401 de la compañía nórdica y sus circuitos periféricos. NRF401 utiliza tecnología de modulación y demodulación FSK, con una eficiencia operativa de hasta 20 kbit/s. Tiene dos canales para elegir y admite bajo consumo de energía y modo de espera. No requiere datos codificados Manchester y su interfaz de antena está diseñada como una antena diferencial, que es fácil de implementar en PCB. screen. width-400) this. width = screen width-400;\gt2.2 circuito de vigilancia El circuito de vigilancia consta de un máximo de 813l y sus dispositivos periféricos. Generalmente, puede haber varias fuentes de interferencias en el lugar de trabajo del microcontrolador. Estas fuentes de interferencia pueden hacer que el programa pierda el control, provocando que se bloquee o que el programa no funcione correctamente.

Si el sistema no se restaura o reinicia a tiempo, es fácil que se produzcan pérdidas. La función del circuito de vigilancia es restablecer eficazmente el sistema y restaurar el funcionamiento normal del sistema cuando el programa se desvía o falla. Por lo tanto, enviar una señal de vigilancia a P 1.5 regularmente en el programa puede garantizar que Max 813l reinicie el microcontrolador cuando el programa se ejecute de manera anormal. 2.3 Circuito de interfaz de reloj DS1307 El chip de reloj DS1307 es un chip de reloj en tiempo real con interfaz de bus I2C producido por Dallas Company en los Estados Unidos. Ds 1307 puede funcionar independientemente de la CPU y no se ve afectado por osciladores de cristal ni condensadores. La sincronización es precisa y el error acumulativo mensual es generalmente inferior a 10 segundos. El chip también tiene protección de reloj de apagado y puede cambiar automáticamente a energía de respaldo. También tiene una función de ajuste automático de año bisiesto, que puede generar segundos, minutos, horas, días, meses, años y otros datos, y guardarlos en un registro de tiempo con función de protección de apagado para que la CPU los lea o escriba según sea necesario. . Dado que el AT89C52 no tiene una interfaz de bus I2C, es necesario utilizar la tecnología virtual de bus I2C para controlar el DS1307 en modo de host único. De esta manera, la MCU es el nodo maestro (dispositivo maestro). El dispositivo maestro siempre ocupa el bus. No hay competencia de bus. Se pueden usar dos puertos de E/S para virtualizar la interfaz del bus I2C. El dispositivo maestro (microcontrolador) en el bus I2C puede generar pulsos de reloj en la línea de reloj (SDL), señales de dirección, condiciones de inicio, condiciones de parada y dispositivos para establecer la transmisión de datos en la línea de datos (SDA). Cualquier dispositivo seleccionado será tratado como esclavo por el maestro. Aquí, DS1307 actúa como dispositivo esclavo en el bus I2C. El bus I2C es un bus de transmisión de datos en serie síncrono con un circuito de transmisión bidireccional interno y una salida de puerto de drenaje abierto. Por lo tanto, es necesario agregar una resistencia pull-up. 2.4 Circuito de códec de audio dual MT 8880C Dado que el microcontrolador obtiene la salida de decodificación de señal de audio dual de la red PSTN a través del chip MT 8880C, es decir, el microcontrolador puede reconocer la señal de control de la red PSTN y el usuario puede seleccionar botones de acuerdo con las indicaciones de voz del sistema para realizar la identificación del usuario y el control remoto. Por lo tanto, utilizando la función de codificación de audio dual del MT 8880C, el sistema puede llamar al número de teléfono de emergencia preestablecido del usuario a la red PSTN en caso de emergencia, minimizando así las pérdidas. 2.5 circuito de grabación y reproducción de voz isd4004 isd4004 es un chip de grabación y reproducción de voz producido por la empresa estadounidense isd. Puede grabar de 8 a 16 minutos de señal de voz. El chip puede proporcionar una interfaz estándar SPI y una interfaz de microcontrolador, y el microcontrolador implementa su control de grabación y reproducción de voz. Una de las características más importantes de este chip es que se puede programar para grabar y reproducir según la dirección, por lo que se puede programar y controlar a través de ISD 4004 y un microcontrolador para formar una plataforma de voz para este sistema y los usuarios de la red PSTN. Debido a que las salidas de pines INT y RAC del ISD 4004 son estructuras de drenaje abierto, es necesario agregar resistencias pull-up. screen. width-400) this. style. width = screen. width-400;\gt2.6 circuito de comunicación en serie max 202 El circuito de comunicación puede estar compuesto por un chip de comunicación en serie max 202, a través del cual se puede comunicar fácilmente con el. Comunicación serie con PC. 2.7 Circuito de control de descolgado y detección de corriente de timbre Cuando se llama al sistema, el conmutador telefónico envía una señal de corriente de timbre. El timbre es una onda sinusoidal de 25 ± 3 V, la distorsión es inferior a 10 y el voltaje efectivo es de 90 ± 15 V. La señal de timbre tiene un ciclo de 5 segundos, es decir, se envía en 1 segundo y se interrumpe en 4 segundos. Debido a que el voltaje de la señal de timbre es relativamente alto, se debe reducir con un diodo Zener de alto voltaje antes de ingresar al optoacoplador. Después de que el optoacoplador aísla y convierte la onda sinusoidal de conmutación, se emite desde el optoacoplador y finalmente se filtra mediante el bucle RC para generar una onda cuadrada estándar. La señal de onda cuadrada se puede enviar directamente al temporizador 1 del microcontrolador para su conteo, realizando así la detección de la corriente del anillo. Dado que la corriente de bucle de la línea telefónica aumentará repentinamente (aproximadamente 30 mA) cuando el teléfono esté descolgado, cuando el interruptor telefónico controlado por programa detecte el aumento en la corriente de bucle, pensará que el teléfono ha sido descolgado. El circuito de colgado automático puede controlar un relé de estado sólido a través de P1.7 del microcontrolador. El extremo de control del relé de estado sólido debe conectarse a una resistencia de aproximadamente 300 Ω y luego conectarse a ambos extremos de la línea telefónica. Esto completa el circuito colgado simulado.

3 Programación del software del sistema Este software del sistema se compone principalmente del host del sistema y del programa C51 extendido del sistema, así como del programa de comunicación entre el sistema y la red de Internet. 3.1 Preparación del programa host del sistema El programa host del sistema se utiliza principalmente para realizar la función general del sistema. Incluyendo el programa de transmisión de datos inalámbrica, el programa de vigilancia, el programa de marca de tiempo, el programa de códec de audio dual, el programa de grabación y reproducción de voz, el programa de comunicación en serie, el programa de detección de circulación y control de descolgado, el programa de inicialización del sistema, el programa de manejo de accidentes, etc. La idea principal de la programación está basada en mensajes. Los mensajes son generados por la interrupción del contador 1, la interrupción externa 0 y la interrupción en serie. En el programa de servicio de interrupción, se debe configurar el bit de estado correspondiente, y en el bucle de mensajes, la función debe llamar al bit de estado correspondiente, y luego la función borrará el bit de estado correspondiente para completar la función requerida y finalmente regresar al bucle de mensajes. El flujo del programa se muestra en la Figura 5. El programa de extensión del sistema es similar al del host, por lo que no entraré en detalles. screen.width-400) this.width = screen width-400; programación del sistema y del programa de comunicación de Internet. Esta parte del programa de comunicación se divide en dos programas, el lado del servidor y el lado del cliente. Completar la comunicación del usuario a través de las funciones de control de Internet. El programa del servidor completa principalmente la comunicación entre el cliente y el host del sistema, es decir, traducir los comandos de control o consulta enviados por el cliente a un formato que el host del sistema pueda reconocer, o cargar alarmas y otra información recibida por el host del sistema en el cliente. Los programas de servidor utilizan sockets para comunicarse con los clientes en Internet. El programa cliente es una interfaz de control para usuarios remotos. Se utiliza principalmente para mostrar el estado de la casa y controlar de forma remota los aparatos eléctricos de la casa. Al mismo tiempo, el cliente está conectado directamente al servidor. Conclusión Este sistema aprovecha al máximo los recursos de red existentes. Mediante una operación de prueba en la red telefónica real e Internet, se demuestra que el sistema puede cumplir con los requisitos del diseño preliminar. Se cree que será ampliamente utilizado en dispositivos de información, comunidades inteligentes, etc.