1.前言
智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⑼ㄐ�、自�?dòng)化、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)及三表抄送等）連接到一起，提供家居環(huán)境可編程定時(shí)控制等多種功能。與傳統(tǒng)的普通家居相比，生活的便利性與舒適性得到了極大提升[1]。
本文研究了基于GSM技術(shù)的家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為中央處理器，以GSM短信息的方式進(jìn)行無線通信，實(shí)現(xiàn)對智能家居設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以接收家庭防盜、消防、門禁等探測器的報(bào)警信息，并能遠(yuǎn)程控制空調(diào)及熱水器等家電的工作狀態(tài)。鑒于現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、覆蓋面廣，所以基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有方便、快捷、高效和高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)[2]。
2.方案設(shè)計(jì)
整個(gè)智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊和各功能子模塊構(gòu)成。單片機(jī)通過GSM通信模塊接收用戶手機(jī)發(fā)送的短信息，根據(jù)短信息的內(nèi)容控制各子功能模塊，同時(shí)單片機(jī)通過GSM通信模塊將家居系統(tǒng)的狀態(tài)信息以短信息形式發(fā)送給用戶手機(jī)�；贕SM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 文章來源:中國家具網(wǎng)m.zhennin.com 順德家具網(wǎng)www.sdjjw.com 轉(zhuǎn)載請保留原文鏈接
本系統(tǒng)無線通信部分?jǐn)M采用GPRS M22模塊，該模塊可以在900Hz和1800Hz兩種頻段工作，能提供寬帶的GSM應(yīng)用，能進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)的傳輸。用戶可以利用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與手機(jī)用戶之間的短信息的收發(fā)通信。
主控模塊采用AT89C51單片機(jī)，依照協(xié)議與GPRS M22模塊進(jìn)行通信，進(jìn)行短信息的收發(fā)。單片機(jī)接收并解釋短信息指令，對系統(tǒng)內(nèi)的各功能子模塊進(jìn)行控制。例如，防盜報(bào)警模塊將紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器的報(bào)警信號采集到單片機(jī)；消防報(bào)警模塊將煙感探測器、感溫探測器、燃?xì)馓綔y器的報(bào)警信號采集到單片機(jī)；門禁控制模塊將門磁信號反饋回單片機(jī)，并接收單片機(jī)解釋的短消息的門禁管理命令，如開鎖信號等；空調(diào)控制器模塊接收單片機(jī)解釋的關(guān)于空調(diào)管理的短消息命令，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、加熱、制冷、設(shè)定目標(biāo)溫度值等，并將環(huán)境溫度值實(shí)時(shí)地反饋回單片機(jī)；熱水器控制器模塊接收單片機(jī)解釋的關(guān)于熱水器管理的短消息命令，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、加熱、設(shè)定目標(biāo)溫度值、設(shè)定目標(biāo)水位值、上水等，并將水溫度值和水位值實(shí)時(shí)地反饋回單片機(jī)。
3.硬件設(shè)計(jì)
GSM短信息模塊接收信息后，需由AT89C51來解釋，進(jìn)而去執(zhí)行相應(yīng)的命令，因此GSM短信息模塊需與AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。AT89C51具有較強(qiáng)的串口通信能力，故采用串口實(shí)現(xiàn)與短信息模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于GSM串口與單片機(jī)的邏輯電平不一致，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，本課題采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖2所示。
防盜報(bào)警模塊采用紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器作為前端探測器，消防報(bào)警模塊采用煙感探測器、感溫探測器、燃?xì)馓綔y器作為前端探測器。由于AT89C51的I/O端口數(shù)量有限，故采用將各個(gè)探測器進(jìn)行級聯(lián)合并為一個(gè)“防區(qū)”的形式。“常閉”觸點(diǎn)探測器通過串聯(lián)連接，“常開”觸點(diǎn)探測器通過并聯(lián)連接，當(dāng)其中某個(gè)探測器被觸發(fā)，單片機(jī)將收到報(bào)警信號。所有同類探測器都處于同一“防區(qū)”，而“防區(qū)”是處理器能區(qū)別報(bào)警信息的最小區(qū)域單位，所以本系統(tǒng)可劃分為防盜防區(qū)、消防防區(qū)及門禁防區(qū)。
空調(diào)與熱水器控制器采用溫度采集電路采集環(huán)境溫度及即時(shí)水溫，通過溫度傳感器檢測環(huán)境溫度信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號送入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用戶遠(yuǎn)程控制命令及數(shù)據(jù)采集結(jié)果經(jīng)過控制算法運(yùn)算得出控制命令，通過單片機(jī)的輸出I/O口及光電隔離電路，控制繼電器的閉合，從而實(shí)現(xiàn)對空氣溫度及水溫的調(diào)節(jié)[3]。為了降低系統(tǒng)內(nèi)供電電源波動(dòng)的影響，使轉(zhuǎn)換精度更高，采用可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431構(gòu)成穩(wěn)壓電路，為ADC0809的+REF端提供精準(zhǔn)的+5V基準(zhǔn)電壓。溫度采集與轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。水位控制電路則采用水位傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。
4.軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)與GPRS M22模塊的通信采用串行工作方式1，數(shù)據(jù)格式為10位。其中，第1位為起始位，然后是8位數(shù)據(jù)，然后是1個(gè)停止位。其波特率的值取決于定時(shí)器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值[4]。為節(jié)省處理器資源，單片機(jī)采用中斷方式讀取短信息，從而保證其他功能模塊的執(zhí)行。
單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，承載著短信息的接收、解釋、發(fā)送以及向各子功能模塊發(fā)送控制命令等功能，其中單片機(jī)與GPRS M22模塊的通信是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。GSM通信的流程圖如圖4所示。
以下為部分AT指令的定義。
char code AT[ ]="AT+"； //連機(jī)
char code Bps[ ]="IPR=38400"； //波特率
char code Text[ ]="CMGF=1"； //文本模式
char code Read[ ]="CMGR="； //讀信息
char code Erase[ ]="CMGD="； //刪除信息
char code Send[ ]="CMGS="； //發(fā)送信息
char code Creg[ ]="CREG？"； //注冊
以下為部分通信子程序關(guān)鍵代碼。
void sendasc（unsigned char asc） //發(fā)送一個(gè)ASCII碼子程序
{
bit s；s=ES；
ES=0；//關(guān)中斷
TI=0；SUBF=asc；
While（！TI）；
TI=0；ES=s；
}
5.結(jié)論
本文建立一個(gè)基于GSM短信息的家居智能化遙控檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對家庭設(shè)備、家居環(huán)境的監(jiān)控，用戶可以使用通用移動(dòng)通信設(shè)備，遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭安全防范狀況、消防報(bào)警信息、門禁出入口狀況，并能按照用戶意愿實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)空調(diào)、熱水器等設(shè)備的工作。采用GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基于目前覆蓋廣、信號好、技術(shù)成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備通用性好，設(shè)備改造投入成本低，具有廣闊的市場應(yīng)用前景，并具有較好的社會(huì)效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⑼ㄐ�、自�?dòng)化、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)及三表抄送等）連接到一起，提供家居環(huán)境可編程定時(shí)控制等多種功能。與傳統(tǒng)的普通家居相比，生活的便利性與舒適性得到了極大提升[1]。
本文研究了基于GSM技術(shù)的家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為中央處理器，以GSM短信息的方式進(jìn)行無線通信，實(shí)現(xiàn)對智能家居設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以接收家庭防盜、消防、門禁等探測器的報(bào)警信息，并能遠(yuǎn)程控制空調(diào)及熱水器等家電的工作狀態(tài)。鑒于現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、覆蓋面廣，所以基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有方便、快捷、高效和高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)[2]。
2.方案設(shè)計(jì)
整個(gè)智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊和各功能子模塊構(gòu)成。單片機(jī)通過GSM通信模塊接收用戶手機(jī)發(fā)送的短信息，根據(jù)短信息的內(nèi)容控制各子功能模塊，同時(shí)單片機(jī)通過GSM通信模塊將家居系統(tǒng)的狀態(tài)信息以短信息形式發(fā)送給用戶手機(jī)�；贕SM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 文章來源:中國家具網(wǎng)m.zhennin.com 順德家具網(wǎng)www.sdjjw.com 轉(zhuǎn)載請保留原文鏈接
本系統(tǒng)無線通信部分?jǐn)M采用GPRS M22模塊，該模塊可以在900Hz和1800Hz兩種頻段工作，能提供寬帶的GSM應(yīng)用，能進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)的傳輸。用戶可以利用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與手機(jī)用戶之間的短信息的收發(fā)通信。
主控模塊采用AT89C51單片機(jī)，依照協(xié)議與GPRS M22模塊進(jìn)行通信，進(jìn)行短信息的收發(fā)。單片機(jī)接收并解釋短信息指令，對系統(tǒng)內(nèi)的各功能子模塊進(jìn)行控制。例如，防盜報(bào)警模塊將紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器的報(bào)警信號采集到單片機(jī)；消防報(bào)警模塊將煙感探測器、感溫探測器、燃?xì)馓綔y器的報(bào)警信號采集到單片機(jī)；門禁控制模塊將門磁信號反饋回單片機(jī)，并接收單片機(jī)解釋的短消息的門禁管理命令，如開鎖信號等；空調(diào)控制器模塊接收單片機(jī)解釋的關(guān)于空調(diào)管理的短消息命令，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、加熱、制冷、設(shè)定目標(biāo)溫度值等，并將環(huán)境溫度值實(shí)時(shí)地反饋回單片機(jī)；熱水器控制器模塊接收單片機(jī)解釋的關(guān)于熱水器管理的短消息命令，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、加熱、設(shè)定目標(biāo)溫度值、設(shè)定目標(biāo)水位值、上水等，并將水溫度值和水位值實(shí)時(shí)地反饋回單片機(jī)。
3.硬件設(shè)計(jì)
GSM短信息模塊接收信息后，需由AT89C51來解釋，進(jìn)而去執(zhí)行相應(yīng)的命令，因此GSM短信息模塊需與AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。AT89C51具有較強(qiáng)的串口通信能力，故采用串口實(shí)現(xiàn)與短信息模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于GSM串口與單片機(jī)的邏輯電平不一致，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，本課題采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖2所示。
防盜報(bào)警模塊采用紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器作為前端探測器，消防報(bào)警模塊采用煙感探測器、感溫探測器、燃?xì)馓綔y器作為前端探測器。由于AT89C51的I/O端口數(shù)量有限，故采用將各個(gè)探測器進(jìn)行級聯(lián)合并為一個(gè)“防區(qū)”的形式。“常閉”觸點(diǎn)探測器通過串聯(lián)連接，“常開”觸點(diǎn)探測器通過并聯(lián)連接，當(dāng)其中某個(gè)探測器被觸發(fā)，單片機(jī)將收到報(bào)警信號。所有同類探測器都處于同一“防區(qū)”，而“防區(qū)”是處理器能區(qū)別報(bào)警信息的最小區(qū)域單位，所以本系統(tǒng)可劃分為防盜防區(qū)、消防防區(qū)及門禁防區(qū)。
空調(diào)與熱水器控制器采用溫度采集電路采集環(huán)境溫度及即時(shí)水溫，通過溫度傳感器檢測環(huán)境溫度信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號送入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用戶遠(yuǎn)程控制命令及數(shù)據(jù)采集結(jié)果經(jīng)過控制算法運(yùn)算得出控制命令，通過單片機(jī)的輸出I/O口及光電隔離電路，控制繼電器的閉合，從而實(shí)現(xiàn)對空氣溫度及水溫的調(diào)節(jié)[3]。為了降低系統(tǒng)內(nèi)供電電源波動(dòng)的影響，使轉(zhuǎn)換精度更高，采用可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431構(gòu)成穩(wěn)壓電路，為ADC0809的+REF端提供精準(zhǔn)的+5V基準(zhǔn)電壓。溫度采集與轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。水位控制電路則采用水位傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。
4.軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)與GPRS M22模塊的通信采用串行工作方式1，數(shù)據(jù)格式為10位。其中，第1位為起始位，然后是8位數(shù)據(jù)，然后是1個(gè)停止位。其波特率的值取決于定時(shí)器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值[4]。為節(jié)省處理器資源，單片機(jī)采用中斷方式讀取短信息，從而保證其他功能模塊的執(zhí)行。
單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，承載著短信息的接收、解釋、發(fā)送以及向各子功能模塊發(fā)送控制命令等功能，其中單片機(jī)與GPRS M22模塊的通信是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。GSM通信的流程圖如圖4所示。
以下為部分AT指令的定義。
char code AT[ ]="AT+"； //連機(jī)
char code Bps[ ]="IPR=38400"； //波特率
char code Text[ ]="CMGF=1"； //文本模式
char code Read[ ]="CMGR="； //讀信息
char code Erase[ ]="CMGD="； //刪除信息
char code Send[ ]="CMGS="； //發(fā)送信息
char code Creg[ ]="CREG？"； //注冊
以下為部分通信子程序關(guān)鍵代碼。
void sendasc（unsigned char asc） //發(fā)送一個(gè)ASCII碼子程序
{
bit s；s=ES；
ES=0；//關(guān)中斷
TI=0；SUBF=asc；
While（！TI）；
TI=0；ES=s；
}
5.結(jié)論
本文建立一個(gè)基于GSM短信息的家居智能化遙控檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對家庭設(shè)備、家居環(huán)境的監(jiān)控，用戶可以使用通用移動(dòng)通信設(shè)備，遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭安全防范狀況、消防報(bào)警信息、門禁出入口狀況，并能按照用戶意愿實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)空調(diào)、熱水器等設(shè)備的工作。采用GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基于目前覆蓋廣、信號好、技術(shù)成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備通用性好，設(shè)備改造投入成本低，具有廣闊的市場應(yīng)用前景，并具有較好的社會(huì)效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
