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GSM模塊的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2012-05-22  瀏覽次數(shù):1024
   [摘 要] 本智能家居系統(tǒng)是基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)采用GSM模塊進(jìn)行短信收發(fā),以 STC89C52RC單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心,進(jìn)行信息的反饋和遠(yuǎn)程控制,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警、遠(yuǎn)程控制等功能。
   [關(guān)鍵詞] 智能家居 GSM模塊 單片機(jī)
   1.前言
   隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長,手機(jī)用戶的數(shù)量在飛速增長,一種價(jià)格低廉且功能齊全的基于GSM模塊的的家居智能控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本系統(tǒng)介紹的家居智能控制系統(tǒng)采用GSM模塊進(jìn)行短信收發(fā),以STC89C2RC芯片為控制核心,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、信號采集、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。
   2.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與主要功能
   2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
   當(dāng)用戶家里有盜賊出入或者門窗沒有關(guān)好,發(fā)生火災(zāi)或者煤氣泄漏,溫度低于或者高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)相應(yīng)的傳感器發(fā)出信號,此時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,然后送給單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和分析后,通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳送給GSM模塊將家里即時(shí)信息發(fā)送到用戶手機(jī)上,同時(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)將控制啟動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),如打開啟動(dòng)報(bào)警器,打開照明燈,打開電磁閥,打開空調(diào)等等。當(dāng)GSM模塊接受到用戶短信指令后,將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過串口送給單片機(jī)系統(tǒng)分析指令的意思,然后開啟相應(yīng)的家電設(shè)備,比如提前打開燈,電視,熱水器,或者空調(diào),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。
   智能家居系統(tǒng)各單元的組成與功能簡介:
   傳感器單元:傳感器單元主要包括有紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等,主要是對家中各指標(biāo)進(jìn)行檢測,例如煙霧濃度,溫度高低等,并將這些離散量裝換成數(shù)字量送給控制系統(tǒng)單元�?刂葡到y(tǒng)單元:控制系統(tǒng)單元主要有STC89C52芯片和外部必要的復(fù)位、電源電路等構(gòu)成。主要是對傳感器單元和GSM模塊傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算,從而發(fā)出正確的指令。GSM模塊單元:GSM全稱為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)。是用戶與系統(tǒng)通訊連接的最重要的單元。電源模塊:采用UPS供電,保證系統(tǒng)能在斷電的情況下能正常運(yùn)行。
   2.2系統(tǒng)主要功能
   遠(yuǎn)程控制功能:該系統(tǒng)能接收并識(shí)別用戶發(fā)送來的控制命令并由單片機(jī)處理,來實(shí)現(xiàn)不同家電工作及停止功能。遠(yuǎn)程報(bào)警功能:在用戶住宅出現(xiàn)異常情況時(shí),比如火災(zāi)、盜賊入侵、門窗未關(guān)好等,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信給預(yù)先設(shè)定手機(jī)號碼的用戶,同時(shí)啟動(dòng)現(xiàn)在相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),如啟動(dòng)報(bào)警器等。永不斷電功能:系統(tǒng)采用UPS電源供電,在斷電時(shí)可繼續(xù)工作,可以在斷電情況下監(jiān)控家里安全信息,克服了停電時(shí)不能報(bào)警等缺點(diǎn)。
   3.硬件技術(shù)方案
   硬件的技術(shù)方案包括傳感器單元硬件設(shè)計(jì)方案,控制系統(tǒng)單元硬件設(shè)計(jì)方案,GSM模塊單元硬件選擇方案,電源模塊硬件選擇方案。
   3.1傳感器單元硬件設(shè)計(jì)方案
   本系統(tǒng)傳感器單元包括紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊。
   紅外傳感器采用主動(dòng)紅外探測器,主動(dòng)紅外探測器由紅外發(fā)射機(jī),紅外接收機(jī)和報(bào)警控制器組成。紅外發(fā)送端和接收端之間有一道紅外光束,當(dāng)人體穿越此光束時(shí),必將部分或全部遮擋紅外光束,接收端輸出電信號的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化從而啟動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號,同時(shí)發(fā)報(bào)警短信信息給用戶。
   煙霧傳感器采用MQ-2,它是一種電阻控制型的氣敏器件,其阻值隨被測氣體的濃度(成分)而變化。氣敏器件又是一種“氣—電”傳感器件,它將被測氣體的濃度(成分)信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。其響應(yīng)時(shí)間≦5s,恢復(fù)時(shí)間≦30s。探測液化氣的濃度在300ppm-5000ppm。足以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
   A/D轉(zhuǎn)換模塊,主要采用ADC0809芯片,其主要是將各傳感器采集回來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和分析。0809具有8路模擬輸入端口,地址線(23-25腳)可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換,22腳為地址鎖存控制,當(dāng)輸入為高電平時(shí),對地址信號進(jìn)行鎖存。6腳為AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制,當(dāng)輸入電平由低到高再到低后A,就開始A/D轉(zhuǎn)換。7腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志,當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),7腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制,當(dāng)OE腳為高電平時(shí),A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出。
   3.2控制系統(tǒng)單元硬件設(shè)計(jì)方案
   控制系統(tǒng)單元主要由STC89C52RC芯片及其復(fù)位和電源電路組成。8位STC89C52RC單片機(jī)是STC公式開發(fā)的一款增強(qiáng)型的51單片機(jī)芯片。具有低功耗,運(yùn)行穩(wěn)定,存儲(chǔ)空間大等特點(diǎn)。用戶應(yīng)用程序空間為8KB。片上集成512字節(jié)RAM,具有ISP/IAP功能,無需專用編程其,可直接通過串口下載用戶程序,數(shù)秒即可完成。節(jié)約購買專用編程器的資金。具有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。最主要的是該芯片與51芯片兼容,給使用者帶來極大的便利。
   4.硬件電路設(shè)計(jì)
   本系統(tǒng)的硬件電路主要包括GSM模塊與STC89C52RC芯片的連接電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路。
   4.1 GSM與單片機(jī)硬件連接
   GSM與STC89C52RC的硬件連接圖如圖所示。
  
  
   單片機(jī)與GSM模塊的硬件連接TC35I的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā), 數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位,可以在300-115×103bps的波特率下運(yùn)行。由于數(shù)據(jù)通信電路中TC35I數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平,而STC89C52RC芯片工作在TTL點(diǎn)電平,所以在STC89C52RC芯片和TC35I之間加入TI公式的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232。實(shí)現(xiàn)串口通訊的功能。
   4.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路
   執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分電路如圖所示。
   本系統(tǒng)共有八路通過繼電器通斷實(shí)現(xiàn)對電器控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路。單片機(jī)管腳通過10K限流電阻與三極管基極相連,當(dāng)相應(yīng)的管腳呈高電平時(shí),那么相對應(yīng)的三極管就會(huì)導(dǎo)通,信號繼電器線圈也就會(huì)通電吸合,從而實(shí)現(xiàn)家用電器的開關(guān)。當(dāng)單片機(jī)管腳輸出為低電平時(shí),三極管失去導(dǎo)通電壓關(guān)斷,由于繼電器線圈并聯(lián)了一個(gè)續(xù)流二極管,此時(shí)繼電器線圈產(chǎn)生的巨大的感應(yīng)電流會(huì)通過續(xù)流二極管與線圈形成通路,最后電能將全部在線圈上消耗,從而感應(yīng)電流就不會(huì)沖向三極管,保證了電路的穩(wěn)定性和可靠性。
   5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
   5.1系統(tǒng)流程圖
  
  
   本系統(tǒng)的軟件部分由C語言編寫,C語言有較好的可閱讀行和移植性,大大的方便了程序的編寫。首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化,初始化包括串行通訊口的初始化,中斷初始化,TC35I的初始化。然后單片機(jī)對是否接受到短信指令和與傳感器連接的I/O進(jìn)行循環(huán)檢測。當(dāng)GSM接收到短信指令時(shí),通過單片機(jī)的分析計(jì)算啟動(dòng)相應(yīng)的電器,同時(shí)給用戶發(fā)送操作成功的短消息,然后繼續(xù)對傳感器進(jìn)行檢測,如果沒有傳感器沒有信號,則又返回繼續(xù)對GSM是否接收到短信指令進(jìn)行檢測,就這樣循環(huán)進(jìn)行檢測。當(dāng)家里發(fā)生險(xiǎn)情或溫度過高時(shí),軟件進(jìn)入中斷服務(wù)程序,對三個(gè)傳感器分別進(jìn)行判斷,然后進(jìn)行相應(yīng)的處理同時(shí)完成對報(bào)警信息的發(fā)送。
   5.2 AT指令
   AT指令是以AT作首,字符結(jié)束的字符串,AT指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在 中。每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。對TC35I的操作均采用AT指令,它包含了GSM語音和短信息的控制。其指令格式為“AT+XXXX”,根據(jù)AT指令的GSM07.05標(biāo)準(zhǔn),發(fā)送和接收中文或中/英文混合的短信息必須采用PDU模式,Text模式只支持傳送英文及數(shù)字信息。根據(jù)本系統(tǒng)的要求采用Text模式。系統(tǒng)所用基本命令如下:
   設(shè)置短消息發(fā)送格式(0-PDU,1-文本)AT+CMGF=1;
   發(fā)送短消息(短消息內(nèi)容為“OK”)AT+CMGS="15173236799"(用戶電話)>OK^z(^z 表示OK+z);
   本地中心號碼設(shè)置"AT+CSCA=+8613800732500(湘潭)";
   讀取短信息內(nèi)容AT+CMGR=1;
   GSM網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)查詢“AT+CREG·”;
   刪除短息防止溢出AT+CMGD=1;
   6.結(jié)論
   隨著我國的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,人們的生活水平要求不斷的提高,相信在不久的將來只能家居系統(tǒng)將會(huì)被越來越多的人接受并使用。本文介紹的只能家居系統(tǒng)是基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以單片機(jī)為控制核心,輔以各種傳感器實(shí)現(xiàn)了對家居的智能化安防監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制�?梢杂行У谋Wo(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全,為人們提供了一個(gè)更加舒適,安全,時(shí)尚,簡潔的家居生活�!�
  參 考 文 獻(xiàn)
  [1] 王迎旭.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.7
  [2]鄭峰.51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全.北京:中國鐵道出版社,2010.1
  作者簡介:
  蔣校輝(1974-),男,湖南邵陽人,湖南工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師,工程碩士 主要從事工程實(shí)踐教學(xué)及機(jī)械方面的研究。
  李建明(1963-),男,湖南湘潭人,湖南工程學(xué)院教授(中心主任),學(xué)士,主要從事機(jī)械及電器方面的研究。
  劉君 湖南工程學(xué)院電氣0804學(xué)生
  湯仁 湖南工程學(xué)院材料0805學(xué)生
 
 
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