??? 摘?要： 基于HBS協議的智能家居系統" title="智能家居系統">智能家居系統基礎上，提出了手持編址器的設計思想、方法，并給出系統的軟硬件實現，最后結合實例，簡要介紹手持編址器的操作。
??? 關鍵詞： HBS? 智能? 手持編址器
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1 基于HBS協議的智能家居系統
??? 家庭總線系統HBS（Home Bus System）是由日立、三菱、松下、東芝等公司聯合提出的，由日本電子機械工業(yè)協會與電波技術協會共同制定的。根據HBS標準，家庭總線由一條同軸電纜和四對雙絞線構成，前者用于傳輸圖像等視頻信號，后者用于傳輸語音、數據和控制信號[1]。家用電器經HBS互聯，組成一個完整的家庭網絡。本項目以HBS的子集為目標，用一對雙絞線實現分布式智能照明安防系統" title="安防系統">安防系統。
??? 基于HBS的智能家居系統如圖1所示。
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??? 智能家居系統由四部分組成：主控模塊、傳感器、執(zhí)行器" title="執(zhí)行器">執(zhí)行器和輔助模塊。主控模塊是智能家居系統的核心，每套設備必備，負責總線供電、信號仲裁和組態(tài)信息的存儲。手持編址器屬于主控模塊。通過手持編址器，用戶可以靈活地給傳感器、執(zhí)行器設置地址；通過地址綁定" title="綁定">綁定，靈活組合出各種控制功能而無需變更系統布線。傳感器是系統的輸入通道，控制指令由傳感器發(fā)出，紅外/無線接收器提供系統的遙控接口。執(zhí)行器是系統的輸出通道，它根據控制指令驅動具體的對象。輔助模塊擴展系統的功能（電話模塊實現異地遙控功能；耦合器將系統的通信距離從600m擴到1200m）。
??? 系統的主要功能：一對一控制（一個傳感器控制一個執(zhí)行器）、一對多控制、多對一控制、場景控制（一處傳感器控制多處執(zhí)行器到某一狀態(tài)）、狀態(tài)顯示、紅外遙控、安全監(jiān)控（防盜、防煤氣泄漏、防火、報警，通過電話遠程監(jiān)控）。
??? 系統主要技術指標：網絡節(jié)點間通信距離最大600m、通信速度4800bps、網絡通信節(jié)點數最多256點、網絡節(jié)點可編程可記錄、具有軟件校驗錯誤功能、供電電壓24V直流[2]。
2 手持編址器設計方案
??? 手持編址器采用矩陣掃描電路產生鍵位碼，經識別后，進行編碼轉化，產生一組脈寬串行指令碼，經三極管放大后驅動紅外發(fā)射管發(fā)射出不同脈沖編碼的紅外線。
??? 由于手持編址器不需要像遙控器那樣進行遠距離操作，所以信號沒有采用載波的方式進行通信，而是直接把發(fā)射和接收引腳接到了AT89C52的串口上，經三極管放大后，直接輸出。這樣可以簡化系統的軟/硬件設計，降低成本[3]。
2.1 硬件設計
??? 手持編址器的硬件電路如圖2所示。
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??? 從圖2可以看出，手持編址器的硬件結構主要由電源調理模塊、MCU、人機界面、紅外收發(fā)模塊以及蜂鳴器模塊構成。下面主要介紹一下MCU和電源調理模塊。
2.1.1 MCU介紹
??? 從性價比、開發(fā)環(huán)境等多方面考慮，系統以ATMEL公司的AT89C52作為主控模塊的MCU。AT89C52是當今最流行的MCU之一，與MCS-51系列微處理器兼容，是采用CMOS工藝制造的一款低功耗、高性能的8位微處理器，片內有8K字節(jié)可編程的Flash ROM（可擦寫1000次），256字節(jié)的RAM。AT89C52的特性如下：
??? (1)一個8位算術邏輯單元；
??? (2)32個可編程I/O口；
??? (3)3個16位定時/計數器；
??? (4)可編程的全雙工串行通信；
??? (5)8個中斷源，2個中斷優(yōu)先級；
??? (6)可選高達24MHz的晶振；
??? (7)IDLE和POWER DOWN兩種工作方式降低功耗；
2.1.2 電源調理模塊
??? 因為編址器是手持設備，所以其4.5V供電電源由3節(jié)1.5V的干電池提供。手持編址器中采用的液晶是3.3V供電，所以需要將DC 4.5V變換成DC 3.3V。如圖2，當SHDN=1時，4.1V穩(wěn)壓管起穩(wěn)壓作用，Q1的基極（B）有4.1V的電壓，并且此時Q1處于飽和導通狀態(tài)，由于Q1的基極和發(fā)射極之間（B-E）有0.7V壓降，由4.1－0.7=3.4V，Q1的發(fā)射極就產生了大約3.3V的電壓。當SHDN=0時，該DC－DC變換電路停止工作。通過改變電阻R1的值，可以改變該轉換電路的供電電流。電路中電解電容C3、C4起儲能和低頻濾波作用，瓷片電容C5起高頻濾波作用。
2.2 軟件設計
??? 手持編址器的軟件設計采取事務處理方式。為了便于設計和理解，進行如下處理：
??? (1)將事務的處理抽象為一個有限狀態(tài)機" title="有限狀態(tài)機">有限狀態(tài)機；
??? (2)通信解析中得到的數據和用戶的操作抽象為消息；
??? (3)將事務的所有活動抽象為一系列的狀態(tài)；
??? (4)把事務在各種狀態(tài)之間的轉化抽象為一種規(guī)則。
??? 所謂狀態(tài)機模型是一個描述狀態(tài)變遷的方法，它總是將一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的變遷視為由輸入消息激勵所產生的結果。對于HBS家庭網絡來說，各設備通信的建立過程就是一個典型的有限狀態(tài)數之間的狀態(tài)變遷過程。
??? 這樣每當消息促使事務需要做出某種操作時，有限狀態(tài)機的當前狀態(tài)也隨之改變。這種改變是根據預先制定好的規(guī)則來實現的。最終設計出的有限狀態(tài)機如圖3所示。從圖3中可以看出，編址器所描述的事務有5個狀態(tài)，8種消息，13條轉換規(guī)則。其中轉換規(guī)則1～4負責具體的事務處理，5～8負責出錯處理，9～13主要是進入消息等待。
???? 這個模塊運行機制如下：
??? (1)初始化，接收消息并創(chuàng)建消息隊列；
??? (2)從隊列中取出需要處理的消息；
??? (3)根據狀態(tài)機的當前狀態(tài)和消息的類型，找到相應規(guī)則；
??? (4)根據規(guī)則，轉入相應的處理程序，同時更新狀態(tài)機的狀態(tài)；
??? (5)從消息隊列中獲取新的消息，重復上述過程。
3 應用實例
??? 現以二居室的家居為例（參見圖1），介紹手持編址器的操作。當用戶離開家居時，要關閉除保安系統外的所有電器，這是個煩瑣且容易遺忘的事情，利用手持編址器的場景功能，實現地址綁定，可以方便地實現上述功能?，F以用戶要關閉圖1中大廳的開關執(zhí)行器1、開關執(zhí)行器2的所有電器，打開臥室1的保安接入為例，介紹如下：
??? (1)首先設定執(zhí)行器地址，不妨設開關執(zhí)行器1、開關執(zhí)行器2、保安接入的地址分別為001、002、003。
??? (2)其次設定對應傳感器的地址：在手持編址器的設置功能菜單的單獨子菜單下，分別設定大廳中開關1的地址為001（對應開關執(zhí)行器1）、開關2的地址為002（對應開關執(zhí)行器2）、開關3的地址為003（對應保安接入）。
??? (3)最后在場景菜單下，新建場景1；并分別設定開關傳感器1、2、3的狀態(tài)。
??? 在設置完成后，當用戶要離開家居時，只要啟動場景1，那么家居中開關執(zhí)行器1、2的所有電器將關閉，保安接入將開啟。當用戶回到家居時，關閉場景1，那么系統會回到用戶離開家居前的狀態(tài)。
參考文獻
1 Kenneth P. Wacks.Home Automation and Utility Customer?Services. Cutter Information Corporation,1998
2 劉敢峰.基于HBS的分布式智能照明及安防系統的研制[J].電子技術應用，2001；27（11）
3 黃卜夫,吳明光.數字化智能照明系統的紅外遙控模塊.照明工程學報，2001；（2）