인터넷을 통한 가정용 전기시설 원격제어

요약: 본 논문에서는 PC(개인용 컴퓨터), MCU(단일 칩 컴퓨터 AT89C52), 듀얼 톤 다중 주파수 코덱 집적 회로 MT8880C, 음성 녹음 및 재생 칩 ISD4004 및 무선 데이터의 핵심을 소개합니다. 트랜시버 칩 nRF401을 통해 기존의 전화망 단말기나 인터넷망 단말기를 통해 원격 제어를 구현하는 스마트 홈 시스템의 회로 원리와 하드웨어 설계 및 구현 방법을 제시한다. 키워드: 원격 제어, 이중톤 다중 주파수, 네트워크 통신, 무선 통신, 홈 오토메이션 21세기는 정보화의 세기입니다. 다양한 새로운 통신과 인터넷 기술이 인류 문명에 엄청난 발전을 가져왔습니다. 디지털 홈 제어 시스템의 출현으로 사람들은 휴대폰이나 인터넷을 통해 언제 어디서나 모든 가전제품(에어컨, 온수기, 밥솥, 조명, 오디오, DVD 레코더)을 원격으로 제어할 수 있습니다. , 온수기로 미리 뜨거운 물을 끓여주고, 밥솥으로 향긋한 밥을 짓고... 이 모든 것은 마우스 클릭 몇 번이나 전화 한 통화만으로 가능합니다. 또한 이 시스템은 가족에게 다중 채널 알람, 원격 모니터링, 디지털 메시지 등의 다양한 기능을 제공할 수 있으며, 불미스러운 일이 발생하면 귀하와 110에 최대한 빨리 통보하여 추가 조치를 취할 수 있습니다. 편안하고 패셔너블한 가정생활은 사회 발전의 상징입니다. 스마트 홈 시스템은 가전제품을 바꾸지 않고도 가전제품, 조명, 전원, 가정 환경을 편리하게 제어할 수 있어 사람들이 첨단 기술의 혜택을 누릴 수 있습니다. 현대 생활. 1 시스템의 전체 구조 및 작동 프로세스 스마트 홈 시스템은 시스템 호스트, 시스템 확장, 인터넷 서버 및 네트워크 인터페이스로 구성됩니다. 시스템 호스트는 서버(개인용 컴퓨터)를 통해 인터넷에 연결되고 자체 PSTN? 공중 전화망 인터페이스 회로를 통해 PSTN에 연결됩니다. 그 구조 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 호스트와 확장은 무선 전송을 통해 스타 토폴로지를 형성합니다. 시스템 호스트는 로컬 무선 전송 네트워크를 통해 시스템 확장과 통신하여 제어 명령과 피드백 정보를 전송합니다. 시스템이 정상적으로 작동할 때 사용자는 두 가지 네트워크(screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>인터넷 및 PSTN을 통해 액세스할 수 있습니다. 인터페이스. 친숙한 터미널 소프트웨어, 사용자는 집에서 실행되는 서버에 로그인하기만 하면 PSTN을 통해 액세스할 수 있으며, 시스템은 사용자에게 음성 작동 인터페이스를 제공합니다. 해당 워크플로는 그림 2에 나와 있습니다. 2 시스템 하드웨어 구성 이 시스템의 하드웨어는 주로 시스템 호스트와 시스템 확장의 두 부분으로 구성됩니다. 시스템 호스트는 그림 3과 같이 단일 칩 마이크로컴퓨터 AT89C52와 다양한 인터페이스 회로로 구성됩니다. 시스템 확장은 단일 칩 마이크로컴퓨터 AT89C52와 다양한 인터페이스 회로, 센서 장치 회로 및 솔리드 스테이트 릴레이 제어 회로로 구성됩니다. 특정 장비는 솔리드 스테이트 릴레이에 의해 제어됩니다. 특정 하드웨어 블록 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다. 시스템 호스트의 다양한 인터페이스 회로를 통해 호스트 CPU는 바쁜 계산에서 벗어나 제어 및 정보 전송에 집중할 수 있습니다. 시스템 호스트는 주로 각 기능 회로의 출력 결과를 기반으로 논리적 판단을 내리고 제어 명령을 출력합니다. 시스템 확장의 다양한 인터페이스 회로는 호스트 컴퓨터와 유사하지만 서로 다른 장치(센서 장치)에 따라 세부적인 변경이 있습니다. 다음은 주로 시스템 호스트의 다양한 인터페이스 회로를 소개합니다. 2.1 nRF401 무선 데이터 전송 회로 무선 데이터 전송 회로는 Nordic의 단일 칩 UHF 무선 데이터 트랜시버 칩 nRF401과 주변 회로로 구성됩니다. nRF401은 FSK 변조 및 복조 기술을 사용하며 작동 효율은 20kbit/s에 도달할 수 있고 선택할 수 있는 두 개의 주파수 채널이 있으며 저전력 소비 및 대기 모드를 지원합니다. 데이터의 맨체스터 인코딩이 필요하지 않으며, 안테나 인터페이스가 차동 안테나로 설계되어 PCB를 활용해 구현이 용이하다. screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\> 2.2 Watchdog 회로 Watchdog 회로는 MAX813L과 주변 부품으로 구성된다. 일반적으로 마이크로 컨트롤러 작업 현장에는 다양한 간섭 원인이 있을 수 있습니다. 이러한 간섭 요인으로 인해 프로그램이 실행되지 않거나 충돌이 발생하거나 프로그램이 정상적으로 실행되지 않을 수 있습니다. 시스템이 제때에 복원되거나 재설정되지 않으면 손실이 쉽게 발생할 수 있습니다. 워치독 회로의 기능은 프로그램이 실행되지 않거나 충돌할 때 시스템을 효과적으로 재설정하여 정상적인 작동을 복원하는 것입니다. 따라서 프로그램에서 정기적으로 P1.5에 워치독 신호를 보내면 프로그램이 비정상적으로 실행될 때 MAX813L이 마이크로컨트롤러를 리셋하는 것을 보장할 수 있습니다. 2.3 DS1307 클럭 인터페이스 회로 DS1307 클럭 칩은 미국 DALLAS Company에서 생산한 I2C 버스 인터페이스 실시간 클럭 칩입니다. DS1307은 CPU와 독립적으로 작동할 수 있으며 수정 발진기 및 커패시터의 영향을 받지 않으며 타이밍이 정확합니다. 월간 누적 오류는 일반적으로 10초 미만입니다. 이 칩에는 전원 차단 시계 보호 기능도 있으며 자동으로 백업 전원 공급 장치로 전환할 수 있습니다.

또한 윤년 자동 조정 기능이 있어 초, 분, 시, 일, 월, 연도 및 기타 데이터를 생성하고 전원 차단 보호 기능이 있는 시간 레지스터에 저장하여 CPU가 읽거나 쓸 수 있습니다. 필요에 따라 입력하십시오. 마이크로 컨트롤러 AT89C52에는 I2C 버스 인터페이스가 없으므로 DS1307을 구동하려면 단일 호스트 모드의 I2C 버스 가상 기술을 사용해야 합니다. 이 모드에서는 마이크로컨트롤러가 마스터 노드(마스터 장치)로 사용되며, 마스터 장치는 버스 경쟁 없이 항상 버스를 점유하며 2개의 I/O 라인을 사용하여 I2C 버스 인터페이스를 가상화할 수 있습니다. I2C 버스의 마스터 장치(마이크로컨트롤러)는 클록 라인(SDL)에서 클록 펄스를 생성하고, 주소 지정 신호, 시작 조건, 정지 조건 및 데이터 라인(SDA)에서 데이터 전송을 설정하기 위한 장치를 생성할 수 있습니다. 선택된 모든 장치는 마스터에 의해 슬레이브로 간주됩니다. 여기서 DS1307은 I2C 버스의 슬레이브 장치 역할을 합니다. I2C 버스는 동기식 직렬 데이터 전송 버스로 내부에 양방향 전송 회로가 있고 포트 출력은 오픈 드레인 구조이므로 풀업 저항을 추가해야 합니다. 2.4 MT8880C 듀얼 오디오 코덱 회로 마이크로 컨트롤러는 MT8880C 칩을 통해 PSTN 네트워크의 듀얼 오디오 신호 디코딩 출력을 획득하므로 마이크로 컨트롤러는 PSTN 네트워크의 제어 신호를 인식할 수 있으며 사용자는 그에 따라 버튼을 선택할 수 있습니다. 시스템의 음성 안내에 따라 사용자 신원 식별 및 원격 제어를 실현합니다. 따라서 MT8880C의 듀얼 오디오 인코딩 기능을 이용하면 긴급상황 발생시 사용자가 미리 설정한 긴급호출을 PSTN망에 연결하여 손실을 최소화할 수 있다. 2.5 ISD4004 음성 녹음 및 재생 회로 ISD4004는 미국 ISD사에서 생산하는 음성 녹음 및 재생 칩입니다. 8~16분의 음성 신호를 녹음할 수 있습니다. 이 칩은 SPI 표준 인터페이스와 마이크로 컨트롤러 인터페이스를 제공할 수 있으며 음성 녹음 및 재생 제어는 마이크로 컨트롤러를 통해 실현됩니다. 이 칩의 가장 큰 특징 중 하나는 주소별로 녹음하고 재생하도록 프로그래밍할 수 있다는 점입니다. 따라서 ISD4004 및 단일 칩 마이크로컴퓨터로 프로그래밍하고 제어하여 이 시스템과 PSTN 네트워크 사용자를 위한 음성 플랫폼을 구성할 수 있습니다. ISD4004의 INT 및 RAC 핀 출력은 오픈 드레인 구조이므로 풀업 저항을 추가해야 합니다. screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>2.6 MAX202 직렬 통신 회로 통신 회로는 직렬 통신 전용 칩 MAX202로 구성할 수 있으며, 이 회로를 통해 쉽게 연결할 수 있습니다. PC. 통신 라인. 2.7 링 전류 감지 및 온훅 제어 회로 시스템이 호출되면 전화 스위치는 링 전류 신호를 보냅니다. 링잉은 25±3V의 사인파이고 왜곡은 10% 미만이며 유효 전압은 90±15V입니다. 벨울림 신호는 5초의 주기를 가지고 있습니다. 즉, 1초에 전송되고 4초에 꺼집니다. 링잉 신호 전압은 상대적으로 높기 때문에 먼저 고전압 제너 다이오드를 통해 강압된 다음 옵토커플러에 입력되어야 합니다. 옵토커플러 절연 변환 후 옵토커플러는 켜지고 꺼지는 사인파를 출력하고 최종적으로 RC 루프에 의해 필터링되어 표준 구형파를 출력합니다. 구형파 신호는 링 전류를 감지하기 위해 계산을 위해 마이크로 컨트롤러의 타이머 1에 직접 출력될 수 있습니다. 프로그램 제어 전화 스위치가 오프훅 상태가 되면 전화선의 루프 전류가 갑자기 증가(약 30mA)하므로 스위치는 루프 전류 증가를 감지하고 전화기가 오프훅 상태로 전환된 것으로 가정합니다. 자동 온훅 회로는 마이크로 컨트롤러의 P1.7을 통해 무접점 릴레이를 제어할 수 있습니다. 무접점 릴레이의 제어 끝은 약 300Ω의 저항에 연결한 다음 전화선의 양쪽 끝에 연결해야 합니다. 시뮬레이션된 온훅 작업을 완료합니다.

3 시스템 소프트웨어 준비 이 시스템 소프트웨어는 주로 시스템 호스트 및 시스템 확장의 C51 프로그램과 시스템 및 인터넷 네트워크 통신 프로그램으로 구성됩니다. 3.1 시스템 호스트 프로그램의 준비 시스템 호스트 프로그램은 주로 시스템의 전반적인 기능을 구현하는 데 사용됩니다. 무선 데이터 전송 프로그램, 워치독 프로그램, 타임 스탬프 프로그램, 듀얼 오디오 코덱 프로그램, 음성 녹음 및 재생 프로그램, 직렬 통신 프로그램, 링 전류 감지 및 온훅 제어 프로그램, 시스템 초기화 프로그램, 사고 처리 프로그램 등을 포함합니다. 프로그래밍은 메시지 중심입니다. 메시지는 카운터 인터럽트 1, 외부 인터럽트 0 및 직렬 인터럽트에 의해 생성되며, 인터럽트 서비스 프로그램에서는 해당 상태 비트가 설정되어야 하며, 메시지 루프에서는 해당 상태 비트에 따라 함수 함수가 호출되어야 합니다. 그러면 함수 함수는 해당 상태 비트가 0으로 지워지고 필요한 함수가 완료되며 마지막으로 메시지 루프로 돌아갑니다. 프로그램 흐름은 그림 5에 나와 있습니다. 본 시스템의 확장 프로그램은 호스트 컴퓨터의 확장 프로그램과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다. screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>3.2 시스템과 인터넷망 간의 통신 프로그램 작성 통신 프로그램의 이 부분은 서버와 클라이언트의 두 가지 프로그램으로 나누어집니다. , 이는 주로 인터넷 네트워크 사용자 제어 기능을 통해 완료됩니다. 서버 프로그램은 주로 클라이언트와 시스템 호스트 간의 통신 전송을 완료합니다. 즉, 클라이언트가 보낸 제어 또는 쿼리 명령을 시스템 호스트가 인식할 수 있는 형식으로 변환하거나 클라이언트가 수신한 알람 및 기타 정보를 업로드합니다. 클라이언트에 시스템 호스트. 서버 프로그램은 소켓을 사용하여 인터넷을 통해 클라이언트와 통신합니다. 클라이언트 프로그램은 원격 사용자에서 실행되는 제어 인터페이스로, 주로 집의 상태를 표시하고 집에 있는 가전제품을 원격으로 제어하는 ​​데 사용됩니다. 동시에 클라이언트는 서버에 직접 연결됩니다.

4 결론 이 시스템은 기존 네트워크 자원을 최대한 활용합니다. 실제 전화망과 인터넷망에서의 시범 운영을 통해 시스템이 초기 설계 단계에서 요구 사항을 충족할 수 있음이 입증되었습니다. 정보가전, 스마트 커뮤니티 등에 폭넓게 활용될 것으로 예상된다.