基于VG2的智能家居控制器的实现

20世纪90年代以后，网络化智能家居的出现，实现了在家庭范围内信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、照明设备、家庭求助报警、家庭安防及水电气热表(四表三防)等家居设备的远、近程网络互连，为用户提供了服务和自主管理能力。本文采用多媒体处理器Virgine G2(简称“VG2”)作为主控芯片设计了一款智能家居控制器，以家庭人居习惯的音视设备为中心，以电视与遥控器为人机交互界面，实现家庭住宅的自主管理和智能化服务。

　　1 智能家居控制器设计

　　1.1 智能家居控制器总体结构

　　智能家居控制器采用家庭电视显示，由遥控器、面板自带键盘控制，将信息设备、通信设备、家用电器、安防系统、门禁系统、四表自动抄表系统等独立单元的家居设施跨平台地有机结合，利用网络和电话实现远、近程操作控制智能化。图1是智能家居控制器系统基本结构图。

　　1.2 智能家居控制器功能

　　智能家居控制器的没计原则以人居习惯为出发点，最大限度地方便用户使用;以控制器为核心，接口电路易于安装和扩展。

　　控制器提供4路音视频输入切换接口，在主控制芯片VG2的控制下，对输入信号进行切换，并可对视频输入信号进行图文叠加处理输出到电视显示器上。家居控制器以设置的红外入侵、门磁窗磁、门铃门禁和气体传感器动作信号为依据，为用户提供家庭安全防范。用户可手动设定，或远程管理家庭声光设备和控制家用电器的运行。

　　根据网络接入的不同，家居控制器可运行在3种模式(家庭自主系统、小区服务器网络系统和TCP/IP宽带网络系统)下，为用户提供以下功能。

　　①家庭理财：家庭水费、电费、煤气费和供热费的记录显示和传输;家庭日常支出的录入和显示;家庭月、季、年支出累计。

　　②家政服务：家庭对小区物业公司的钟点工(清洁、保姆、护理等)，医护人员，水电气维修工，送饭、送货人员的预约、召唤和呼救。

　　③家庭安防：门禁(可视对讲)控制操作;家庭安防系统(红外入侵报警、窗玻璃碎报警等)预警设置和声光/远程报警。

　　④家庭电子保姆：可预置(或通过电话远程控制)电饭煲、微波炉、洗衣机、热水器等家电的开关时间。

　　⑤家庭信息平台：直接收看电视节目;转接播放VCD、DVD;完成数字电视接收、转换和高清晰电视处理播放;实现网络接入等。

　　⑥物业管理：小区发布公共信息;各户信息通告等。

　　1.3 接口设计

　　根据系统功能设计，家居控制器提供了丰富的功能接口。

　　音视频输入接口：接入有线电视、DVD/VCD、摄像头等信号。在模拟电子开关的控制下可根据需要进行切换控制。

　　音视频输出接口：通过视频利用放大器MAX4310实现4路复合视频信号的驱动功能，为电视机提供声音和视频图像信号。

　　网络输入/输出接口：接入网络，提供网络数据服务，采用芯片RTL8019AS，全双工，收发速率可达10 Mbps。

　　键盘接口：外接面板20键键盘，用户通过键盘或遥控器操作选择相应功能。

　　USB接口：接入优盘，提供数据存储功能、功能扩展预留;以ISPll61A1为核心，提供2路下行端口，1路上行端口，遵循USBv2.O规范。

　　RS485接口：接入多功能集中/远传自动抄表系统，可直接与数据采集器相连接，实现对4路基表输出的脉冲信号实时采集、自动处理和数据保存。

　　I/O接口：提供8路输入和8路输出，接收来自红外入侵探测器、门磁窗磁、门铃门禁和多种传感器的安防警示系统的信号，为系统报警提供依据;输出控制信号，实现家电控制、声光控制和报警控制。

　　市话接口：串接在外线和普通电话之间，接入市话网，接收电话控制指令，可自动拨打预设电话报警，亦可直接与110联网报警。采用MT8888负责DTMF信号的收发，使用ISD1420录入用户的地址信息。

　　2 关键技术及其实现方案

　　VG2是ADChips公司推出的一款内嵌32位微处理器的多媒体处理器，集数据、视频、音频处理为一身。内部包括1个基于3维图形算法的2维图形加速器VR0_2D，还嵌有1个32通道的8/16位音频引擎，以及视频DAC、DRAM控制器、DMA、定时器、双串口等多种外设。

　　家居控制器的主要功能单元包括：视频叠加、数据传输与存储、市活控制和抄表系统。其中，抄表系统采用“多用途集中远传抄表系统”，通过R8485网络与主控模块相连接，硬件上无需另行设计。

　　2.1 视频叠加单元

　　视频叠加单元实现图形文字与视频信号的叠加(如操作提示信息与电视信号的叠加等)。主控芯片VG2对图像数据进行处理，将图像数据转换成RGB信号输出;同时带有行、场等各种同步信号，为视频叠加电路提供图像RGB信号，以实现与外部视频信号的叠加。

　　视频叠加单元采用东芝公司的视频叠加芯片TBl238和三星公司的视频编码芯片KA2198实现视频叠加和编码。TBl238是基于I2C总线的彩色电视信号处理芯片，可以实现外部视频信号解码、同步提取、三基色信号叠加等功能;片内含有视频与色度信号处理以及扫描小信号产生电路，集成基带延迟线，以及音、视频开关电路，可单片实现PAL/NTSC制信号的解码，输出R、G、B三基色信号。视频系统的RGB编码采用KA2198单片电路，支持PAL制式和NTSC制式。KA2198包含了R-Y/B-Y矩阵、调节器、脉冲产生器、标准仪、内嵌的色度BPF(带通滤波器)和亮度延迟线、使用S-VHS系统的Y/X输出。

　　视频叠加采用复合视频信号彩色解码后叠加法。外部视频信号由TBl238解码为RGB三基色信号，与VG2输出的RGB信号分别叠加;得到叠加后的RGB信号，再由KA2198进行视频编码，输出含有叠加图形的复合视频信号。电路组成如图2所示。

　　2.2 市话控制单元

　　市话控制单元利用住宅电话资源，串接在外线和用户的普通电话机中间，平时不影响电话正常使用。它由外围摘挂机控制电路、振铃检测电路、DTMF收发电路、语音录放电路等构成。

　　采用MT8888为核心，接收和发送DTMF全部16个信号。MT8888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，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;可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，带有标准的数据总线，与TTL电平兼容。采用VG2微控制器进行编程控制，可实现通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话通告和报警，以及接收远端的用户指令对家庭设备进行相应的操作。

　　选用的数字语音芯片为ISDl420，具有先进的模拟/数字语音存储技术，音质好，无需A/D转换，可录制20 s的语音信息，可分段存储信息，地址总线与单片机接口;零功率信息存储方式，断电情况下，信息可保留10年以上;易于使用，可随意改变录音内容，录放次数达10万以上。

　　在本系统中，ISD1420用于存储用户的地址语音信息(住宅的地理位置)，以便与110联网。电话在模拟摘机后的系统提示语音和各种警情语音信息由VG2的音频引擎输出直接耦合到通话线路中。当接收到报警信号时，系统查询系统参数，决定是否报警，采用何种方式报警(可以自动拨出用户设置的报警电话，向用户提供语音报警和现场声响;也可通过电话指令启动警号和其他执行机构)，并决定主机进入布防还是撤防状态。

　　摘挂机电路通过控制一个电流源的通断来实现。在挂机状态下，电路上的电流可以忽略不计;摘机时的电流约为30 mA，同时可以保证电路具有较小的直流阻抗(<300Ω)和较大的交流阻抗(>600Ω)。振铃时线路上为(90±15)V、(25±3)Hz、ls送、4s断的蜂音(GB3380-1982)，将线路上的电压与参考电压比较，以检测出振铃信号。

　　当有电话呼入时，在响铃达到殴定次数后，家居控制器接管电话，给出语音提示，提供留言或输入密码进入家电控制(若3次输入密码不正确，则家居控制器将自动挂断电话)。电话线路上的拨号音、回铃音、忙音等信号是频率为(450土25)Hz的交流电源，电平为(-10±3)dBm。置MT8888为呼叫进程处理模式.根据不同信号的计数值不同进行区分，可实现拨号音、忙音、回铃音的检测。市话控制单元结构如同图3所示。