论文部分内容阅读
[摘 要] 本智能家居系统是基于全球移动通信系统进行设计的。系统采用GSM模块进行短信收发，以 STC89C52RC单片机系统为控制核心，进行信息的反馈和远程控制，从而实现远程报警、远程控制等功能。
[关键词] 智能家居 GSM模块 单片机
1.前言
随着经济的快速增长，手机用户的数量在飞速增长，一种价格低廉且功能齐全的基于GSM模块的的家居智能控制系统应运而生。本系统介绍的家居智能控制系统采用GSM模块进行短信收发，以STC89C2RC芯片为控制核心，实现远程控制、信号采集、远程报警等功能。
2.系统的总体设计方案与主要功能
2.1系统的总体设计方案
当用户家里有盗贼出入或者门窗没有关好，发生火灾或者煤气泄漏，温度低于或者高于预设温度时相应的传感器发出信号，此时数据采集模块将传感器发出的信号转换成数字量，然后送给单片机控制系统进行计算和分析后，通过RS232串口将数据传送给GSM模块将家里即时信息发送到用户手机上，同时单片机控制系统将控制启动相应的执行机构，如打开启动报警器，打开照明灯，打开电磁阀，打开空调等等。当GSM模块接受到用户短信指令后，将其转换成数字量，通过串口送给单片机系统分析指令的意思，然后开启相应的家电设备，比如提前打开灯，电视，热水器，或者空调，实现远程控制功能。
智能家居系统各单元的组成与功能简介：
传感器单元：传感器单元主要包括有红外传感器、烟雾传感器、温度传感器等，主要是对家中各指标进行检测，例如烟雾浓度，温度高低等，并将这些离散量装换成数字量送给控制系统单元。控制系统单元：控制系统单元主要有STC89C52芯片和外部必要的复位、电源电路等构成。主要是对传感器单元和GSM模块传送过来的数据进行分析和计算，从而发出正确的指令。GSM模块单元：GSM全称为全球移动通讯系统。是用户与系统通讯连接的最重要的单元。电源模块：采用UPS供电，保证系统能在断电的情况下能正常运行。
2.2系统主要功能
远程控制功能：该系统能接收并识别用户发送来的控制命令并由单片机处理，来实现不同家电工作及停止功能。远程报警功能：在用户住宅出现异常情况时，比如火灾、盗贼入侵、门窗未关好等，系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户，同时启动现在相关的执行机构，如启动报警器等。永不断电功能：系统采用UPS电源供电，在断电时可继续工作，可以在断电情况下监控家里安全信息，克服了停电时不能报警等缺点。
3.硬件技术方案
硬件的技术方案包括传感器单元硬件设计方案，控制系统单元硬件设计方案，GSM模块单元硬件选择方案，电源模块硬件选择方案。
3.1传感器单元硬件设计方案
本系统传感器单元包括红外传感器、烟雾传感器、温度传感器和A/D转换模块。
红外传感器采用主动红外探测器，主动红外探测器由红外发射机，红外接收机和报警控制器组成。红外发送端和接收端之间有一道红外光束，当人体穿越此光束时，必将部分或全部遮挡红外光束，接收端输出电信号的强度会发生变化从而启动报警控制器发出报警信号，同时发报警短信信息给用户。
烟雾传感器采用MQ-2，它是一种电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度（成分）而变化。气敏器件又是一种“气—电”传感器件，它将被测气体的浓度（成分）信号转换成相应的电信号。其响应时间≦5s,恢复时间≦30s。探测液化气的浓度在300ppm-5000ppm。足以满足本系统设计要求。
A/D转换模块，主要采用ADC0809芯片，其主要是将各传感器采集回来的数据转换成数字量送给STC89C52RC单片机进行计算和分析。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23-25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为AD转换启动控制，当输入电平由低到高再到低后A，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出。
3.2控制系统单元硬件设计方案
控制系统单元主要由STC89C52RC芯片及其复位和电源电路组成。8位STC89C52RC单片机是STC公式开发的一款增强型的51单片机芯片。具有低功耗，运行稳定，存储空间大等特点。用户应用程序空间为8KB。片上集成512字节RAM，具有ISP/IAP功能，无需专用编程其，可直接通过串口下载用户程序，数秒即可完成。节约购买专用编程器的资金。具有3个16位定时/计数器。最主要的是该芯片与51芯片兼容，给使用者带来极大的便利。
4.硬件电路设计
本系统的硬件电路主要包括GSM模块与STC89C52RC芯片的连接电路和执行机构电路。
4.1 GSM与单片机硬件连接
GSM与STC89C52RC的硬件连接图如图所示。
单片机与GSM模块的硬件连接TC35I的数据接口采用串行异步收发， 数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300-115×103bps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35I数据接口工作在CMOS电平，而STC89C52RC芯片工作在TTL点电平，所以在STC89C52RC芯片和TC35I之间加入TI公式的电平转换芯片MAX232。实现串口通讯的功能。
4.2执行机构电路
执行机构部分电路如图所示。
本系统共有八路通过继电器通断实现对电器控制的执行机构电路。单片机管脚通过10K限流电阻与三极管基极相连，当相应的管脚呈高电平时，那么相对应的三极管就会导通，信号继电器线圈也就会通电吸合，从而实现家用电器的开关。当单片机管脚输出为低电平时，三极管失去导通电压关断，由于继电器线圈并联了一个续流二极管，此时继电器线圈产生的巨大的感应电流会通过续流二极管与线圈形成通路，最后电能将全部在线圈上消耗，从而感应电流就不会冲向三极管，保证了电路的稳定性和可靠性。
5、系统软件设计
5.1系统流程图
本系统的软件部分由C语言编写，C语言有较好的可阅读行和移植性，大大的方便了程序的编写。首先对系统进行初始化，初始化包括串行通讯口的初始化，中断初始化，TC35I的初始化。然后单片机对是否接受到短信指令和与传感器连接的I/O进行循环检测。当GSM接收到短信指令时，通过单片机的分析计算启动相应的电器，同时给用户发送操作成功的短消息，然后继续对传感器进行检测，如果没有传感器没有信号，则又返回继续对GSM是否接收到短信指令进行检测，就这样循环进行检测。当家里发生险情或温度过高时，软件进入中断服务程序，对三个传感器分别进行判断，然后进行相应的处理同时完成对报警信息的发送。
5.2 AT指令
AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。对TC35I的操作均采用AT指令，它包含了GSM语音和短信息的控制。其指令格式为“AT+XXXX”，根据AT指令的GSM07.05标准，发送和接收中文或中/英文混合的短信息必须采用PDU模式，Text模式只支持传送英文及数字信息。根据本系统的要求采用Text模式。系统所用基本命令如下：
设置短消息发送格式（0-PDU，1-文本）AT+CMGF=1；
发送短消息(短消息内容为“OK”)AT+CMGS="15173236799"(用户电话)>OK^z（^z 表示OK+z）；
本地中心号码设置"AT+CSCA=+8613800732500（湘潭）"；
读取短信息内容AT+CMGR=1；
GSM网络状态查询“AT+CREG·”；
删除短息防止溢出AT+CMGD=1；
6.结论
随着我国的经济迅猛发展，人们的生活水平要求不断的提高，相信在不久的将来只能家居系统将会被越来越多的人接受并使用。本文介绍的只能家居系统是基于GSM网络通信技术以单片机为控制核心，辅以各种传感器实现了对家居的智能化安防监控和远程控制。可以有效的保护人民的生命财产安全，为人们提供了一个更加舒适，安全，时尚，简洁的家居生活。■
参 考 文 献
[1] 王迎旭.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2004.7
[2]郑峰.51单片机应用系统典型模块开发大全.北京：中国铁道出版社，2010.1
作者简介：
蒋校辉（1974-），男，湖南邵阳人，湖南工程学院实验师，工程硕士 主要从事工程实践教学及机械方面的研究。
李建明（1963-），男，湖南湘潭人，湖南工程学院教授（中心主任），学士，主要从事机械及电器方面的研究。
刘君 湖南工程学院电气0804学生
汤仁 湖南工程学院材料0805学生
[关键词] 智能家居 GSM模块 单片机
1.前言
随着经济的快速增长，手机用户的数量在飞速增长，一种价格低廉且功能齐全的基于GSM模块的的家居智能控制系统应运而生。本系统介绍的家居智能控制系统采用GSM模块进行短信收发，以STC89C2RC芯片为控制核心，实现远程控制、信号采集、远程报警等功能。
2.系统的总体设计方案与主要功能
2.1系统的总体设计方案
当用户家里有盗贼出入或者门窗没有关好，发生火灾或者煤气泄漏，温度低于或者高于预设温度时相应的传感器发出信号，此时数据采集模块将传感器发出的信号转换成数字量，然后送给单片机控制系统进行计算和分析后，通过RS232串口将数据传送给GSM模块将家里即时信息发送到用户手机上，同时单片机控制系统将控制启动相应的执行机构，如打开启动报警器，打开照明灯，打开电磁阀，打开空调等等。当GSM模块接受到用户短信指令后，将其转换成数字量，通过串口送给单片机系统分析指令的意思，然后开启相应的家电设备，比如提前打开灯，电视，热水器，或者空调，实现远程控制功能。
智能家居系统各单元的组成与功能简介：
传感器单元：传感器单元主要包括有红外传感器、烟雾传感器、温度传感器等，主要是对家中各指标进行检测，例如烟雾浓度，温度高低等，并将这些离散量装换成数字量送给控制系统单元。控制系统单元：控制系统单元主要有STC89C52芯片和外部必要的复位、电源电路等构成。主要是对传感器单元和GSM模块传送过来的数据进行分析和计算，从而发出正确的指令。GSM模块单元：GSM全称为全球移动通讯系统。是用户与系统通讯连接的最重要的单元。电源模块：采用UPS供电，保证系统能在断电的情况下能正常运行。
2.2系统主要功能
远程控制功能：该系统能接收并识别用户发送来的控制命令并由单片机处理，来实现不同家电工作及停止功能。远程报警功能：在用户住宅出现异常情况时，比如火灾、盗贼入侵、门窗未关好等，系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户，同时启动现在相关的执行机构，如启动报警器等。永不断电功能：系统采用UPS电源供电，在断电时可继续工作，可以在断电情况下监控家里安全信息，克服了停电时不能报警等缺点。
3.硬件技术方案
硬件的技术方案包括传感器单元硬件设计方案，控制系统单元硬件设计方案，GSM模块单元硬件选择方案，电源模块硬件选择方案。
3.1传感器单元硬件设计方案
本系统传感器单元包括红外传感器、烟雾传感器、温度传感器和A/D转换模块。
红外传感器采用主动红外探测器，主动红外探测器由红外发射机，红外接收机和报警控制器组成。红外发送端和接收端之间有一道红外光束，当人体穿越此光束时，必将部分或全部遮挡红外光束，接收端输出电信号的强度会发生变化从而启动报警控制器发出报警信号，同时发报警短信信息给用户。
烟雾传感器采用MQ-2，它是一种电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度（成分）而变化。气敏器件又是一种“气—电”传感器件，它将被测气体的浓度（成分）信号转换成相应的电信号。其响应时间≦5s,恢复时间≦30s。探测液化气的浓度在300ppm-5000ppm。足以满足本系统设计要求。
A/D转换模块，主要采用ADC0809芯片，其主要是将各传感器采集回来的数据转换成数字量送给STC89C52RC单片机进行计算和分析。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23-25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为AD转换启动控制，当输入电平由低到高再到低后A，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出。
3.2控制系统单元硬件设计方案
控制系统单元主要由STC89C52RC芯片及其复位和电源电路组成。8位STC89C52RC单片机是STC公式开发的一款增强型的51单片机芯片。具有低功耗，运行稳定，存储空间大等特点。用户应用程序空间为8KB。片上集成512字节RAM，具有ISP/IAP功能，无需专用编程其，可直接通过串口下载用户程序，数秒即可完成。节约购买专用编程器的资金。具有3个16位定时/计数器。最主要的是该芯片与51芯片兼容，给使用者带来极大的便利。
4.硬件电路设计
本系统的硬件电路主要包括GSM模块与STC89C52RC芯片的连接电路和执行机构电路。
4.1 GSM与单片机硬件连接
GSM与STC89C52RC的硬件连接图如图所示。
单片机与GSM模块的硬件连接TC35I的数据接口采用串行异步收发， 数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300-115×103bps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35I数据接口工作在CMOS电平，而STC89C52RC芯片工作在TTL点电平，所以在STC89C52RC芯片和TC35I之间加入TI公式的电平转换芯片MAX232。实现串口通讯的功能。
4.2执行机构电路
执行机构部分电路如图所示。
本系统共有八路通过继电器通断实现对电器控制的执行机构电路。单片机管脚通过10K限流电阻与三极管基极相连，当相应的管脚呈高电平时，那么相对应的三极管就会导通，信号继电器线圈也就会通电吸合，从而实现家用电器的开关。当单片机管脚输出为低电平时，三极管失去导通电压关断，由于继电器线圈并联了一个续流二极管，此时继电器线圈产生的巨大的感应电流会通过续流二极管与线圈形成通路，最后电能将全部在线圈上消耗，从而感应电流就不会冲向三极管，保证了电路的稳定性和可靠性。
5、系统软件设计
5.1系统流程图
本系统的软件部分由C语言编写，C语言有较好的可阅读行和移植性，大大的方便了程序的编写。首先对系统进行初始化，初始化包括串行通讯口的初始化，中断初始化，TC35I的初始化。然后单片机对是否接受到短信指令和与传感器连接的I/O进行循环检测。当GSM接收到短信指令时，通过单片机的分析计算启动相应的电器，同时给用户发送操作成功的短消息，然后继续对传感器进行检测，如果没有传感器没有信号，则又返回继续对GSM是否接收到短信指令进行检测，就这样循环进行检测。当家里发生险情或温度过高时，软件进入中断服务程序，对三个传感器分别进行判断，然后进行相应的处理同时完成对报警信息的发送。
5.2 AT指令
AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。对TC35I的操作均采用AT指令，它包含了GSM语音和短信息的控制。其指令格式为“AT+XXXX”，根据AT指令的GSM07.05标准，发送和接收中文或中/英文混合的短信息必须采用PDU模式，Text模式只支持传送英文及数字信息。根据本系统的要求采用Text模式。系统所用基本命令如下：
设置短消息发送格式（0-PDU，1-文本）AT+CMGF=1；
发送短消息(短消息内容为“OK”)AT+CMGS="15173236799"(用户电话)>OK^z（^z 表示OK+z）；
本地中心号码设置"AT+CSCA=+8613800732500（湘潭）"；
读取短信息内容AT+CMGR=1；
GSM网络状态查询“AT+CREG·”；
删除短息防止溢出AT+CMGD=1；
6.结论
随着我国的经济迅猛发展，人们的生活水平要求不断的提高，相信在不久的将来只能家居系统将会被越来越多的人接受并使用。本文介绍的只能家居系统是基于GSM网络通信技术以单片机为控制核心，辅以各种传感器实现了对家居的智能化安防监控和远程控制。可以有效的保护人民的生命财产安全，为人们提供了一个更加舒适，安全，时尚，简洁的家居生活。■
参 考 文 献
[1] 王迎旭.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2004.7
[2]郑峰.51单片机应用系统典型模块开发大全.北京：中国铁道出版社，2010.1
作者简介：
蒋校辉（1974-），男，湖南邵阳人，湖南工程学院实验师，工程硕士 主要从事工程实践教学及机械方面的研究。
李建明（1963-），男，湖南湘潭人，湖南工程学院教授（中心主任），学士，主要从事机械及电器方面的研究。
刘君 湖南工程学院电气0804学生
汤仁 湖南工程学院材料0805学生