基于ST7537HS1的家庭智能控制系统设计

1 引言

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对居住环境方便快捷的要求越来越高，家庭自动化系统应运而生。家庭自动化是运用现代电子技术、通讯技术及自动化技术相结合，通过对家电设备的自动控制和管理，为用户提供安全舒适、高效便利的生活环境的一种新技术。

在一代的家庭自动化系统中，包括各种设备、传感器、使用控制器、电话接口等的应用设备，可以通过家庭内部干线传输数据、交换信息。例如，这种自动化的房屋起火，探测器将通过电力线发出警告信号，这个信号将会被煤气控制器和警觉系统接收，以切断煤气的供应，而新的家庭专用的调制解调器集成芯片ST7537HS1使这些家庭自动化系统成为现实。

当用户发出指令或者家庭发生紧急情况时，该系统将数据通过家庭自动化专用调制解调器ST7537HS1调制，从而达到利用普通电力线路传输数据、话音等多媒体业务信号来实现对家用电器自动控制。他利用现有的电力线路，无需另外架设通信线路，也不占用通讯频率资源，易于实现，是一种理想的家庭自动控制系统。

2 ST7537HS1调制解调器简介

家庭自动化调制解调器ST7537HS1是用模拟CMOS技术制作的，在半双工模式中利用载频123.45kHz传送和接收数据的家庭专用调制解调器，他的速率可达1200b/s。

由于移幅键对噪声和扩频很敏感，他要求复杂、价格昂贵的线路，所以ST7537HS1就利用移频键来传输，他把从电力线过来的传输和接收数据所必须的各种功能块都包含在芯片上，除了这个集成电路以外仅需的外部器件有线驱动器、变压器，再加上准备和解释数据信息的微控制器。传输数据与额定内部信息数据以1200b/s异步进入FSK调制器。在调制器中，数据变换为2个频率（133.05kHz表示“0”，131.85kHz表示“1”）这2个频率由廉价的频率为11.0592MHz的晶振产生。

在发送部分，从FSK调制器来的调制信号经开关电容带通滤波器滤波，来限制输出频谱和减少谐波器件的输出电平，传输通道的一个环节是一个需要从电源放大器发出的反馈信号的运算放大器。

在接收部分，进来的信号进入RAI输入口，在此信号被开关电容带通滤波器首次滤波，这个滤波器以载频为中心，带通范围大约为12kHz，滤波器的输出信号以20db增益级放大，放大了的信号进入混频器进行降频变频，，中心频率为5.4kHz的中频带通滤波器使信号在进入FSK解调器前，改善了信噪比，此中频滤波器输出口通过一个能取消接收信道偏移的外部电容与FSK解调器入口相连。此外，ST7537HS1还有2个重要的功能：载波检测和监控功能。

3 系统概述

3.1 总体结构

系统的总体结构如所示，整个系统主要由主控模块、调制解调器ST7537HS1、电力线、电力线耦合器等组成。主控模块的是MCS51单片机，并与ST7537HS1相连，数据经ST7537HS1调制（解调）后耦合到电力线上，从而实现了电力线上的数据传输。

3.2 系统的工作过程

当主人在办公室或其他地方拨通家里的电话时，微处理器检测到振铃信号并进行计数，当五次振铃无人接听时就发送指令到模拟摘挂机电路，并控制语音电路播放提示音，此时主人再按提示进行操作，操作产生的DTMF信号，经解码后送CPU处理，经过ST7537HS1调制到电力线中传输到另一端解调，各家用电器收到指令后验证是否与自己的代码相符，然后执行相应的操作并返回完成信号。

当家中发生紧急情况时，如火灾、煤气泄露、盗贼进入等，传感信号传送到微处理器，经过双音频解码发送报警信号到预设电话。

4 系统设计与实现

4.1 系统硬件设计

系统硬件电路如所示。系统主模块的器件是MCS51单片机，可以通过编程实现数据的收发，从而实现对外围器件的控制，他内置看门狗电路，防止程序死机，提高了系统的可靠性。ST7537HS1主要完成信号的调制和解调。实现控制信号在电力线上传输。DTMF的收发由加拿大MITEL公司生产的集收发于一体的MT8888集成芯片来完成，MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体的集成电路，他的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号，接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。语音电路用美国ISD公司的2590语音芯片，录放时间为90s，具有抗断电、音质好、使用方便、无需专用的语音开发系统等优点。它的特点是片内E2PROM容量为480kB，录放时间长，有10个地址输入端，寻址能力达1024b，多能分600段，设有OVF溢出端，便于和多个器件级联，另外该系统还有一个小键盘通过芯片PCD3321P连接到单片机，以利于用户在家中直接通过键盘来控制家用电器。

4.2 电力线接口

电力线接口由线驱动器和线接口组成，他的框图如所示。他的主要功能是：

（1）在发送模式中，用以将ST7537HS1送来的传送信号（ATO）放大和滤波。

（2）在接收模式中，从电力线给ST7537HS1的接收口提供接收信号。

（3）有抵制尖峰脉冲和过载的保护电路。

4.3 系统软件实现

由于该系统涉及较多芯片和数据的收发处理，因此软件的设计也非常复杂。为此，把系统分为调制解调模块、DTMF收发模块、语音提示模块、模拟摘挂机模块，并针对各分模块编制相应的子程序。由主程序通过调用各子程序完成相应的操作。在接收按键信号时加入了去抖动程序，从而保证能准确执行相应指令。主程序的设计流程如所示。主程序经过上电初始化，采集系统参数，调用各子程序完成制定的操作和指令后重新返回采集参数状态从而形成一个循环。

5 结语

该家庭智能控制系统采用了ST7537HS1家庭自动化调制解调器实现了信号在电力线及电话网中的传输，不需要另外铺设通信线路，也不占用频带，是一种现有条件下家庭智能控制的简单有效的方法。