基于DTMF信号的智能家居系统

倪非　　刘晓菲

【摘 要】本文设计的智能家居系統利用DTMF信号和Zigbee通信技术完成控制信息的传递，实现对部分家具的控制。本系统在Android系统和Wince系统上开发可视化的用户操作界面。在功能上，实现了对开关灯、可调灯、窗帘和电视的控制；控制方式上，室内使用Wince系统上开发的控制平台实现控制，室外使用Android智能手机发送DTMF信号实现远程控制。经测试，系统能够正确的完成对家居的控制。研究结果具有一定的理论意义和实用价值。

【关键词】智能家居 DTMF Zigbee Android

智能家居是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。现在的智能家居系统主要包括智能化的照明、开关、门锁、窗帘、家电、消防、报警、视频点播等功能，使用户的控制更加便捷高效，为家庭节约不必要的能耗。现代智能家居系统的开发模式大多是基于互联网来进行开发，包括服务器、家庭网关、控制器等设备，系统的设备较多，复杂度较高，成本也就相对较大。而本文设计的基于GSM电话网络来开发的智能家居系统，通过发送DTMF信号实现控制信号的传递，省去了服务器和家庭网关这些复杂的设备，同时，系统的可靠度和安全性也有一定的保障。

一、系统方案和总体设计

本文设计并实现一套智能家居的控制系统，系统以GSM通信技术为基础，上位机软件用Android平台进行开发，选用内部嵌入的SQLite作为开发数据库；使用飞凌嵌入式的OK6410开发板作为嵌入式的家庭控制平台，使用WINCE操作系统开发控制模块；使用STC89C52单片机和其他硬件芯片开发DTMF解析模块和执行模块。

该系统主要能够实现对电视、可调灯、开关灯以及窗帘的控制。在室外用户通过Android智能手机（客户机）发送控制命令，该控制命令是以DTMF信号的形式在GSM电话网络中进行传输的；服务机接收到控制命令后，将命令以音频的形式发送到DTMF解码电路；DTMF解码电路完成信号的解码后，将结果传到上位机；上位机接收到解码后的结果后，通过zigbee向执行装置发送控制命令，实现对家具的控制。在室内，用户可以直接通过上位机的控制平台向执行装置发送控制命令。执行装置接收到控制命令后，驱动相应的装置完成对具体家具的控制。基本框图如图1所示。

图1系统的基本框图

二、手机客户端软件设计

智能家居系统的手机客户端软件分别为手机发送端软件和手机接收端软件。

手机发送端软件主要实现控制命令的正确发送。软件的登录方式采用九宫格解锁方式，用户初次登录时需设置九宫格密码，之后登录通过划屏方式匹配密码进入系统，然后通过拨号控制按钮拨通接收端手机的号码。手机接通后进入控制界面，用户就可以通过按不同的提示按钮发送相对应的DTMF信号，如：控制电灯开关的按钮、可调灯的按钮、电视开关的按钮和窗帘打开闭合的按钮。当用户对家庭中的设备控制完成后，用户可以点击挂断按钮，通话结束。

手机接收端软件的主要功能是实现对发送端手机发送的DTMF信号的正确接收。通过对数据库中自动接通名单查询匹配，当打入的号码在数据库自动接听名单表AUTOANSWER里存在时，软件自动接听该号码，并将接收到的DTMF信号通过手机的耳机线传入到硬件检测电路中。同时，软件可实现自动挂断功能，当用户想要屏蔽掉一些骚扰或者非法企图的号码时，选择自动挂断复选框，软件就会自动挂断数据库表HANGUO中的号码。

三、解析模块的硬件电路设计

系统解析模块的功能主要是完成对接收端手机传入的DTMF信号音所播放相应声音的解析，然后将解析结果发送到控制平台从而实现对设备的控制。

系统首先实现的是信号的声电转换，按键拨号音经过麦克风采集转换后便是DTMF信号。该信号由于受到环境中的各种噪声的干扰以及麦克风本身声电转换性能的影响而很微弱，所以在信号输入到MT8880之前需将麦克风采集的音频信号进行放大。本系统选用LM386来设计音频信号放大模块，LM386是专用的音频放大芯片，其放大增益最大可以达到200倍，并且其外围电路比较简单。经LM386放大后的信号便可以作为MT8880的输入信号。MT8880是专用的双音频信号编解码芯片，本系统主要是应用该芯片的译码功能。输入MT8880的音频信号首先经过一级放大电路放大后，进入带通滤波电路，经滤波电路滤波后DTMF信号分别为两个正弦信号，分别对应着某按键的行频和列频。MT8880通过对该信号的行频和列频进行分析计算，从而判断初该信号所代表的DTMF信号编码。经MT8880解码后的结果再送入到STC89C52单片机进行处理。单片机将处理后的结果经串口送到嵌入式平台实现控制命令的传输。

四、结语

随着科技水平和经济的发展，人们的物质生活水平也逐渐提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分——智能家居控制系统也越发显得重要。本文设计的基于DTMF信号的智能家居系统的和现在比较流行的智能家居系统的开发模式对比，最大的创新点就是不需要Internet的支持而实现控制信号的传输。本系统不需要开发自己的服务器和家庭网关等复杂设备，从而大大减少了系统的开发成本和复杂度。所以，本研究结果具有一定的实用价值和广阔的发展前景。

参考文献：

[1]张卫钢.通信原理与通信技术.西安电子科技大学出版社，2008.

[2]高吉祥.模拟电子技术（第二版）[M].电子工业出版社，2007.

[3]党李成.基于Google Android智能手机平台的研究与应用[D].安徽大学，2010

作者简介：

倪非（1992.02-），陕西省西安市，硕士研究生，专业：信息与通信工程。

刘晓菲（1990.08-），陕西省西安市，硕士研究生，专业：交通信息工程与控制。