20世紀90年代以后，網絡化智能家居的出現，實現了在家庭范圍內信息設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、照明設備、家庭求助報警、家庭安防及水電氣熱表(四表三防)等家居設備的遠、近程網絡互連，為用戶提供了服務和自主管理能力。本文采用多媒體處理器Virgine G2(簡稱“VG2”)作為主控芯片設計了一款智能家居控制器，以家庭人居習慣的音視設備為中心，以電視與遙控器為人機交互界面，實現家庭住宅的自主管理和智能化服務。

　　1 智能家居控制器設計

　　1.1 智能家居控制器總體結構

　　智能家居控制器采用家庭電視顯示，由遙控器、面板自帶鍵盤控制，將信息設備、通信設備、家用電器、安防系統、門禁系統、四表自動抄表系統等獨立單元的家居設施跨平臺地有機結合，利用網絡和電話實現遠、近程操作控制智能化。圖1是智能家居控制器系統基本結構圖。

　　1.2 智能家居控制器功能

　　智能家居控制器的沒計原則以人居習慣為出發點，最大限度地方便用戶使用;以控制器為核心，接口電路易于安裝和擴展。

　　控制器提供4路音視頻輸入切換接口，在主控制芯片VG2的控制下，對輸入信號進行切換，并可對視頻輸入信號進行圖文疊加處理輸出到電視顯示器上。家居控制器以設置的紅外入侵、門磁窗磁、門鈴門禁和氣體傳感器動作信號為依據，為用戶提供家庭安全防范。用戶可手動設定，或遠程管理家庭聲光設備和控制家用電器的運行。

　　根據網絡接入的不同，家居控制器可運行在3種模式(家庭自主系統、小區服務器網絡系統和TCP/IP寬帶網絡系統)下，為用戶提供以下功能。

　　①家庭理財：家庭水費、電費、煤氣費和供熱費的記錄顯示和傳輸;家庭日常支出的錄入和顯示;家庭月、季、年支出累計。

　　②家政服務：家庭對小區物業公司的鐘點工(清潔、保姆、護理等)，醫護人員，水電氣維修工，送飯、送貨人員的預約、召喚和呼救。

　　③家庭安防：門禁(可視對講)控制操作;家庭安防系統(紅外入侵報警、窗玻璃碎報警等)預警設置和聲光/遠程報警。

　　④家庭電子保姆：可預置(或通過電話遠程控制)電飯煲、微波爐、洗衣機、熱水器等家電的開關時間。

　　⑤家庭信息平臺：直接收看電視節目;轉接播放VCD、DVD;完成數字電視接收、轉換和高清晰電視處理播放;實現網絡接入等。

　　⑥物業管理：小區發布公共信息;各戶信息通告等。

　　1.3 接口設計

　　根據系統功能設計，家居控制器提供了豐富的功能接口。

　　音視頻輸入接口：接入有線電視、DVD/VCD、攝像頭等信號。在模擬電子開關的控制下可根據需要進行切換控制。

　　音視頻輸出接口：通過視頻利用放大器MAX4310實現4路復合視頻信號的驅動功能，為電視機提供聲音和視頻圖像信號。

　　網絡輸入/輸出接口：接入網絡，提供網絡數據服務，采用芯片RTL8019AS，全雙工，收發速率可達10 Mbps。

　　鍵盤接口：外接面板20鍵鍵盤，用戶通過鍵盤或遙控器操作選擇相應功能。

　　USB接口：接入優盤，提供數據存儲功能、功能擴展預留;以ISPll61A1為核心，提供2路下行端口，1路上行端口，遵循USBv2.O規范。

　　RS485接口：接入多功能集中/遠傳自動抄表系統，可直接與數據采集器相連接，實現對4路基表輸出的脈沖信號實時采集、自動處理和數據保存。

　　I/O接口：提供8路輸入和8路輸出，接收來自紅外入侵探測器、門磁窗磁、門鈴門禁和多種傳感器的安防警示系統的信號，為系統報警提供依據;輸出控制信號，實現家電控制、聲光控制和報警控制。

　　市話接口：串接在外線和普通電話之間，接入市話網，接收電話控制指令，可自動撥打預設電話報警，亦可直接與110聯網報警。采用MT8888負責DTMF信號的收發，使用ISD1420錄入用戶的地址信息。

　　2 關鍵技術及其實現方案

　　VG2是ADChips公司推出的一款內嵌32位微處理器的多媒體處理器，集數據、視頻、音頻處理為一身。內部包括1個基于3維圖形算法的2維圖形加速器VR0_2D，還嵌有1個32通道的8/16位音頻引擎，以及視頻DAC、DRAM控制器、DMA、定時器、雙串口等多種外設。

　　家居控制器的主要功能單元包括：視頻疊加、數據傳輸與存儲、市活控制和抄表系統。其中，抄表系統采用“多用途集中遠傳抄表系統”，通過R8485網絡與主控模塊相連接，硬件上無需另行設計。

　　2.1 視頻疊加單元

　　視頻疊加單元實現圖形文字與視頻信號的疊加(如操作提示信息與電視信號的疊加等)。主控芯片VG2對圖像數據進行處理，將圖像數據轉換成RGB信號輸出;同時帶有行、場等各種同步信號，為視頻疊加電路提供圖像RGB信號，以實現與外部視頻信號的疊加。

　　視頻疊加單元采用東芝公司的視頻疊加芯片TBl238和三星公司的視頻編碼芯片KA2198實現視頻疊加和編碼。TBl238是基于I2C總線的彩色電視信號處理芯片，可以實現外部視頻信號解碼、同步提取、三基色信號疊加等功能;片內含有視頻與色度信號處理以及掃描小信號產生電路，集成基帶延遲線，以及音、視頻開關電路，可單片實現PAL/NTSC制信號的解碼，輸出R、G、B三基色信號。視頻系統的RGB編碼采用KA2198單片電路，支持PAL制式和NTSC制式。KA2198包含了R-Y/B-Y矩陣、調節器、脈沖產生器、標準儀、內嵌的色度BPF(帶通濾波器)和亮度延遲線、使用S-VHS系統的Y/X輸出。

　　視頻疊加采用復合視頻信號彩色解碼后疊加法。外部視頻信號由TBl238解碼為RGB三基色信號，與VG2輸出的RGB信號分別疊加;得到疊加后的RGB信號，再由KA2198進行視頻編碼，輸出含有疊加圖形的復合視頻信號。電路組成如圖2所示。

　　2.2 市話控制單元

　　市話控制單元利用住宅電話資源，串接在外線和用戶的普通電話機中間，平時不影響電話正常使用。它由外圍摘掛機控制電路、振鈴檢測電路、DTMF收發電路、語音錄放電路等構成。

　　采用MT8888為核心，接收和發送DTMF全部16個信號。MT8888發送部分采用信號失真小、頻率穩定性高的開關電容式D/A變換器，接收部分用于完成DTMF信號的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進制碼的方式輸出;可調整雙音頻模式的占空比，能自動抑制撥號音和調整信號增益，帶有標準的數據總線，與TTL電平兼容。采用VG2微控制器進行編程控制，可實現通過DTMF收發電路撥出電話號碼進行電話通告和報警，以及接收遠端的用戶指令對家庭設備進行相應的操作。

　　選用的數字語音芯片為ISDl420，具有先進的模擬/數字語音存儲技術，音質好，無需A/D轉換，可錄制20 s的語音信息，可分段存儲信息，地址總線與單片機接口;零功率信息存儲方式，斷電情況下，信息可保留10年以上;易于使用，可隨意改變錄音內容，錄放次數達10萬以上。

　　在本系統中，ISD1420用于存儲用戶的地址語音信息(住宅的地理位置)，以便與110聯網。電話在模擬摘機后的系統提示語音和各種警情語音信息由VG2的音頻引擎輸出直接耦合到通話線路中。當接收到報警信號時，系統查詢系統參數，決定是否報警，采用何種方式報警(可以自動撥出用戶設置的報警電話，向用戶提供語音報警和現場聲響;也可通過電話指令啟動警號和其他執行機構)，并決定主機進入布防還是撤防狀態。

　　摘掛機電路通過控制一個電流源的通斷來實現。在掛機狀態下，電路上的電流可以忽略不計;摘機時的電流約為30 mA，同時可以保證電路具有較小的直流阻抗(<300Ω)和較大的交流阻抗(>600Ω)。振鈴時線路上為(90±15)V、(25±3)Hz、ls送、4s斷的蜂音(GB3380-1982)，將線路上的電壓與參考電壓比較，以檢測出振鈴信號。

　　當有電話呼入時，在響鈴達到毆定次數后，家居控制器接管電話，給出語音提示，提供留言或輸入密碼進入家電控制(若3次輸入密碼不正確，則家居控制器將自動掛斷電話)。電話線路上的撥號音、回鈴音、忙音等信號是頻率為(450土25)Hz的交流電源，電平為(-10±3)dBm。置MT8888為呼叫進程處理模式.根據不同信號的計數值不同進行區分，可實現撥號音、忙音、回鈴音的檢測。市話控制單元結構如同圖3所示。