智能家居系統

智能家居設備新興市場正鼓勵應用工程師考慮這樣的方案，將多項功能整合集成到一個系統中。通過其創新的理念和高瞻遠矚的思想，他們正努力設計出非常高效和可靠的系統。這些系統不僅可以使用戶遠程訪問家電并自動處理日常家務，并且還用最低數量芯片考慮到了安全問題。

傳感器

運動傳感器

人會產生紅外輻射。在正常的體溫下，人類在紅外區域會有強烈輻射，波長為9.4μm。熱電傳感器是由陶瓷材料構成，暴露在紅外輻射下其表面會產生電荷。這個屬性可以用于運動檢測。PIR傳感器還可以從振動、無線電干擾、陽光等觸發錯誤檢測。為了避免這種雙傳感器連接的相位差，共同連接到這兩個傳感器的任何激勵相互抵消了。當身體經過傳感器前面時，它激發第一個傳感器，然后第二個。于是有一個變化標志身體從傳感器一側移動到另一側的差分輸出。這一變化標志也可以用來檢測運動，可用于人員檢測，增加一個濾波窗口可以限制8～14μm范圍的外來輻射，這是對人體輻射最敏感的范圍。為了提高傳感器的范圍和探測角度，使用了菲涅耳透鏡。它把到來的紅外輻射集中到傳感器。菲涅耳透鏡孔徑較大并且焦距較短。圖3說明了PIR傳感器的接口電路。

PIR傳感器可用于以下用途：控制走廊光或其他任何不需要持續發光的區域從而節約用電：通過監測PIR傳感器內兩個感應區域之間的差分輸出來指導感應。

門傳感器

門傳感器可以使用電容式感應實現，可以檢測板間兩塊金屬極電容的變化并轉化為計數、可以從這些計數值檢測到門的打開和關閉。

可以在門頂端部分附加一個小金屬板，電容感應芯片可以安裝在靠近門的墻上。當門關上時，由于金屬靠近電容將增加。使用這種方法，我們甚至可以檢測到非常輕微的開門。

另一種檢測門是否打開或關閉的方法是使用磁簧開關。磁簧開關有兩個密封在玻璃內的金屬簧片。可以由一個磁簧開關、微控制器和RF模塊構成一個完整的無線模塊。門后鉆一個洞，這個完整的模塊插在里面。在門上放置一塊磁鐵，可以靠近傳感器。根據接近傳感器和磁體的接近程度，檢測門的位置。

玻璃破碎傳感器

這種傳感器是用來偵測任何通過窗戶的入侵。有多種玻璃破碎傳感器，他們的工作原理也不同，可以基于成本和需求進行選擇。基本傳感器安裝在玻璃本身，他們通常有一個麥克風，其監控來自玻璃的噪聲與振動。如振動超過固定閾值，這些傳感器觸發輸出。一些傳感器可以調試到玻璃破碎頻率，使用復雜的運算法則可以從多塊玻璃中找到那塊破碎的。通過聲音和震動并行處理，也可以精確檢測到玻璃打破的時間。

光感應傳感器

這種傳感器可以用來根據環境控制走廊燈光強度。可以使用一個LDR測量環境光。LDR是一種光敏電阻，其電阻會根據入射光的變化而變化。在圖6的電路中，ADC輸入電壓會根據入射光而變化，經過處理后，走廊燈的光強度可以改變。如果是LED燈，可以采用LED驅動芯片控制，如果是白熾燈，其強度可以通過改變晶體管的點弧角來控制。通常使用內嵌FET或內嵌FET控制器的片上系統來控制LED燈。限制在綠色實現區域可由PPSoC實現，它是一種由賽普拉斯生產的內嵌FET的LED控制芯片。

濕度傳感器

濕度傳感器可以用來控制花園澆水裝置。他們可以固定在土壤中，在設定的時間內可以基于土壤的水位打開灑水裝置。這既可以節約用水又可確保植物及時澆水。

溫度／煙霧傳感器

溫度傳感器可以用于當溫度上升超過某一特定值時打開風扇，也可以用于控制風扇強度。鍋爐的燒水時間也可以通過外部溫度動態控制。

煙霧傳感器用于在早期階段檢測火災，可以安裝在靠近廚房等任何容易起火的區域。檢測到煙火時，它會觸發報警并打開灑水裝置。

在緊急情況下，例如短路、火災等，安全出口方向道路上的燈光可以使用備用電池點亮。

窗戶傳感器

Reed傳感器可以安裝在一扇窗，磁鐵安裝在另一扇。電路類似于玻璃傳感器。為了具有隱藏性，防止傳感器被外界破壞，小型激光光源可以安裝在一面而光電二極管安裝在另一方面，如果有人試圖闖入，光線將被中斷，會對這個事件觸發報警。

在智能家居方面還有很多其他種類的傳感器非常有用，如氣體傳感器、水位傳感器、紅外傳感器等。這些傳感器接口簡單，我們留給讀者來研究并應用于家庭。傳感器之間的通訊

不同傳感器和處理單元之間的恰當信道保證了信號在房子內的正確通訊。連接傳感器有不同的媒介，有線和無線，他們都有利有弊。最好的方法是根據需要來權衡，諸如傳感器距離，成本和便于使用等方面。

電力線通訊(PLC)

電力線通訊(PLC)是利用家中已有的輸電線路實現數據傳輸的通訊方式，能減少布線工作和成本。數據可以在交流或直流線路傳輸。要傳送的數據使用頻移鍵控，經過高頻信號調制，然后耦合到現有電力線。市場上已經有專門的芯片，負責在器件本身調制。外部電路用于放大收發的數據。要耦合調制數據到現有的電力線路就需要變壓器。用戶使用CENELEC協議，125-140KHz的頻率用于調制。cENELEC協議保證了在一個時間只能有一個設備通信，從而提高了可靠性。用于PLC的芯片遵循這個協議，數據可以很容易通過電力線傳輸。

PLC設備可以和其他設備安裝在家里的不同地點。電子設備可直接通過接口電路與PLC器件連接。

藍牙與PLC

智能手機或手提電腦可以作為十個通用遙控器控制家里所有的設備，所需要的就是一個藍牙模塊連接到PLC設備。藍牙發送信號使用AT命令，一旦手機或電腦與這個調制解調器同步，那么無論從手機感應到什么數據，藍牙調制解調器都會收到。接下來藍牙調制解調器會把信號傳送到PLC設備。PLC設備將進行數據解碼并根據命令通過電力線傳送。家里所有連接的PLC設備都會收到那些信號，其中一個是目的地，它將對信號進行解碼并給出相應的輸出信號。電子設備可以通過繼電器或晶體管與PLC設備連接，這取決于設備類型。

用戶控制

控制必須直觀和方便，這樣用戶可以在任何時間用最少的遙控數目進行控制。

通過手機 我們可以使用手機通過發送消息或撥打號碼來控制電器和按下按鈕(DTMF音調)。從手機發送短信就能激活／關閉任何特定的設備。短信發送和接收必需用到GSM調制解調器、GSM調制解調器執行AT指令。AT指令是一套預定義的指令，GSMN制解調器可以識別。GsM調制解調器可以通過UART和微控制器連接，來自和去往GSM調制解調器的AT指令在微控制器中編碼／解碼，因此功能可以實現。另一種方式是使用手機應用程序GuI在后端發送短信，這樣用戶可以很容易地操作電器。如果在家里面手機應用程序會選擇藍牙，在外面的話可以通過GSM通信。

DTMF音調

DTMF代表雙音多頻。手機的每個按鈕對應唯一的頻率，這些音調可以使用DTMF解碼芯片解碼，或者內嵌在一種先進的片上系統芯片。可以在單片機內定義不同的功能，根據DTMF音調輸入可以觸發相應的功能。使用DTMF音調任何手機都可以用來控制家居，甚至固定電話線也可以作相同的用途。用戶可以發送DTMF音調或撥打家庭固定的SIM卡號碼，或通過藍牙發送音調。甚至一個筆記本也可使用藍牙來發送DTMF音調。圖11為DTMF音調處理框圖。

通過互聯網

可以為用戶登錄創造一個安全的網站。登入網站后，它將給用戶顯示一個GUI，這個界面會根據家中電器的不同而不同。用戶可以打開／關閉或控制電器其他方面。用戶已經選擇了的任何選項都將儲存在GuI中，并立刻將此信息發送到短信網關，短信網關會回發短信到連接在GSM調制解調器的用戶SIM。GSM調制解調器將解碼這條信息并把它送到控制器，控制器會進行相應工作。

反饋

如果我們使用移動電話／互聯網控制電器，得到確認是非常重要的。這有許多原因，有可能某些設備沒有工作，例如沒有供電，電器故障等。所以當我們打開設備時，繼電器可以使用備用電池開機，但電器還將繼續保持關的狀態。

電流互感器可以用作得到反饋的一個方法。每當任何電器打開時，電流將會從線中開始流到連接的那臺設備。可以感應到電流來監控設備的狀態。一些語音命令例如開、關等可以存儲在能夠儲存聲音的芯片中，這聲音可以通過手機傳送，把聲音輸出連接到麥克風線路。

安全措施

為提高家居安全，除了先前已經討論過的傳感器，還可以添加如下設備。

1.門上相機，每當探測到有人時，其會拍照并存儲，照相機可使用PIR傳感器觸發。

2.同樣的、家里面的相機也可以打開并通過電子郵件發送實時照片，這樣家里沒人時可以檢測有無人員闖入。

3.安全鑰匙。使用指紋掃描／人臉識別。

4.電子鎖或雙安全門。

不同模式

只需一次觸摸，整個家就可以根據不同需求設置為不同的模式，包括家庭影院模式、出門模式、度假模式、夜間模式、白天模式等。

使用片上系統實現

當這些功能變成實際的硬件實現時，片上系統是最好的實現方式，這是由于其系統尺寸小、產品開發周期短。片上系統在一個芯片上集成了可配置的模擬和數字外設(例如運放，ADC，濾波器，DAC等)，存儲器和單片機，可與不同類型的傳感器連接。它使得設計簡單，更快實現最終產品并降低BOM。

一些先進的PLC器件也具備片上系統(如賽普拉斯的PLC器件)，使用這種PLC可以確保不需要其他微控制器來處理電力線收到的信號解碼。圖14所示為PSoC3中的一些傳感器接口，同樣可以用于任何其他傳感器，外部需要連接被動元件。