基于ST7537HS1的家庭智能控制系統設計

1 引言

隨著科技的發展和人們生活水平的提高，人們對居住環境方便快捷的要求越來越高，家庭自動化系統應運而生。家庭自動化是運用現代電子技術、通訊技術及自動化技術相結合，通過對家電設備的自動控制和管理，為用戶提供安全舒適、高效便利的生活環境的一種新技術。

在最新一代的家庭自動化系統中，包括各種設備、傳感器、使用控制器、電話接口等的應用設備，可以通過家庭內部干線傳輸數據、交換信息。例如，這種自動化的房屋起火，探測器將通過電力線發出警告信號，這個信號將會被煤氣控制器和警覺系統接收，以切斷煤氣的供應，而新的家庭專用的調制解調器集成芯片st7537hs1使這些家庭自動化系統成為現實。

當用戶發出指令或者家庭發生緊急情況時，該系統將數據通過家庭自動化專用調制解調器st7537hs1調制，從而達到利用普通電力線路傳輸數據、話音等多媒體業務信號來實現對家用電器自動控制。他利用現有的電力線路，無需另外架設通信線路，也不占用通訊頻率資源，易于實現，是一種理想的家庭自動控制系統。

2 st7537hs1調制解調器簡介

家庭自動化調制解調器st7537hs1是用模擬cmos技術制作的，在半雙工模式中利用載頻123.45khz傳送和接收數據的家庭專用調制解調器，他的速率可達1200b/s。

由于移幅鍵對噪聲和擴頻很敏感，他要求復雜、價格昂貴的線路，所以st7537hs1就利用移頻鍵來傳輸，他把從電力線過來的傳輸和接收數據所必須的各種功能塊都包含在芯片上，除了這個集成電路以外僅需的外部器件有線驅動器、變壓器，再加上準備和解釋數據信息的微控制器。傳輸數據與額定內部信息數據以1200b/s異步進入fsk調制器。在調制器中，數據變換為2個頻率（133.05khz表示“0”，131.85khz表示“1”）這2個頻率由廉價的頻率為11.0592mhz的晶振產生。

在發送部分，從fsk調制器來的調制信號經開關電容帶通濾波器濾波，來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環節是一個需要從電源放大器發出的反饋信號的運算放大器。

在接收部分，進來的信號進入rai輸入口，在此信號被開關電容帶通濾波器首次濾波，這個濾波器以載頻為中心，帶通范圍大約為12khz，濾波器的輸出信號以20db增益級放大，放大了的信號進入混頻器進行降頻變頻，最后，中心頻率為5.4khz的中頻帶通濾波器使信號在進入fsk解調器前，改善了信噪比，此中頻濾波器輸出口通過一個能取消接收信道偏移的外部電容與fsk解調器入口相連。此外，st7537hs1還有2個重要的功能：載波檢測和監控功能。

3 系統概述

3.1 總體結構

系統的總體結構如圖1所示，整個系統主要由主控模塊、調制解調器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，并與st7537hs1相連，數據經st7537hs1調制（解調）后耦合到電力線上，從而實現了電力線上的數據傳輸。

3.2 系統的工作過程

當主人在辦公室或其他地方撥通家里的電話時，微處理器檢測到振鈴信號并進行計數，當五次振鈴無人接聽時就發送指令到模擬摘掛機電路，并控制語音電路播放提示音，此時主人再按提示進行操作，操作產生的dtmf信號，經解碼后送cpu處理，經過st7537hs1調制到電力線中傳輸到另一端解調，各家用電器收到指令后驗證是否與自己的代碼相符，然后執行相應的操作并返回完成信號。

當家中發生緊急情況時，如火災、煤氣泄露、盜賊進入等，傳感信號傳送到微處理器，經過雙音頻解碼發送報警信號到預設電話。

4 系統設計與實現

4.1 系統硬件設計

系統硬件電路如圖2所示。系統主模塊的核心器件是mcs51單片機，可以通過編程實現數據的收發，從而實現對外圍器件的控制，他內置看門狗電路，防止程序死機，提高了系統的可靠性。st7537hs1主要完成信號的調制和解調。實現控制信號在電力線上傳輸。dtmf的收發由加拿大mitel公司生產的集收發于一體的mt8888集成芯片來完成，mt8888是采用cmos工藝生產的dtmf信號收發一體的集成電路，他的發送部分采用信號失真小、頻率穩定性高的開關電容式d/a變換器，可發出16種雙音多頻dtmf信號，接收部分用于完成dtmf信號的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進制碼的方式輸出。語音電路用美國isd公司的2590語音芯片，錄放時間為90s，具有抗斷電、音質好、使用方便、無需專用的語音開發系統等優點。它的最大特點是片內e2prom容量為480kb，錄放時間長，有10個地址輸入端，尋址能力達1024b，最多能分600段，設有ovf溢出端，便于和多個器件級聯，另外該系統還有一個小鍵盤通過芯片pcd3321p連接到單片機，以利于用戶在家中直接通過鍵盤來控制家用電器。

4.2 電力線接口

電力線接口由線驅動器和線接口組成，他的框圖如圖3所示。他的主要功能是：

（1）在發送模式中，用以將st7537hs1送來的傳送信號（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。

（3）有抵制尖峰脈沖和過載的保護電路。

4.3 系統軟件實現

由于該系統涉及較多芯片和數據的收發處理，因此軟件的設計也非常復雜。為此，把系統分為調制解調模塊、dtmf收發模塊、語音提示模塊、模擬摘掛機模塊，并針對各分模塊編制相應的子程序。由主程序通過調用各子程序完成相應的操作。在接收按鍵信號時加入了去抖動程序，從而保證能準確執行相應指令。主程序的設計流程如圖4所示。主程序經過上電初始化，采集系統參數，調用各子程序完成制定的操作和指令后重新返回采集參數狀態從而形成一個循環。

5 結語

該家庭智能控制系統采用了st7537hs1家庭自動化調制解調器實現了信號在電力線及電話網中的傳輸，不需要另外鋪設通信線路，也不占用頻帶，是一種現有條件下家庭智能控制的簡單有效的方法。