基于SIM900B家用電器遠程監控系統的研究*

李美蓮

(安徽三聯學院 信息通信技術系,安徽 合肥 230601)

隨著社會的發展和人們生活水平的不斷提高，越來越多的家用電器進入了尋常百姓的家庭生活，給大家帶來了很多的方便和享受，但現在許多的電器的控制還不夠智能化，不夠人性化。傳統的家用電器遠程控制系統一般是通過電話與家中網絡來控制家電，需要另加一臺電腦并保持長期開機，浪費電能，而且一旦停電后再來電，不能自行啟動，從而就不能實現遠程控制。本文提出了利用手機短信對家用電器(如電飯煲、空調、天然氣灶臺等)的遠程控制,采用鋰電池供電，對家用電器不進行遠程控制時，系統處于深度睡眠狀態，非常省電，但一旦開始遠程控制，系統馬上進入工作狀態。

1 設計思路

目前家用電器遠程控制的實現方式主要有撥打家里固定電話和PC控制兩種方式[1]。撥打家里固定電話操作步驟較多、且占用電話資源；而PC控制家電需要一直連接網絡，浪費了資源。現在GSM數字通信平臺中的短消息平臺具有通信成本低、抗干擾能力強、性能穩定、使用方便快捷等優點[2]。如何通過短信來控制家用電器，是值得深入研究的問題，已成為人們的迫切需要。因此，本文提出了利用GPRS的短信功能來控制家用電器的開關從而進行遠程控制的方法。

圖1 系統結構框圖

2 系統總體設計

根據設計思路，系統對家用電器狀態的采集采用了開放式頻率低于1 GHz的RF電路，對人體沒有傷害，無線數據采集完全免費，對短距離通信穩定性高。數據經采集后發射給微處理器，由微處理器把信息傳給GPRS，再通過GSM網絡傳給用戶手機，用戶就會知道家里的電器情況；或者反過來用手機發消息通過GSM網絡傳給GPRS，GPRS把信息給微處理器，由微處理器控制家用電器的開關。系統結構框圖如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 微處理器

系統采用恩智浦公司推出的基于Cotex-M0內核的LPC1114處理器作為嵌入式系統的核心。 LPC1114是一個 32位的低功耗單片機，供電電壓低(1.8 V～3.6 V)，內部自帶有 12 MHz的RC振蕩器，并且在其上電(或復位)時默認使用片內的RC為主時鐘源[3]。不過內部RC振蕩器的精度不高(一般為1%)，一般在要求較高時還是要使用外部晶振來運行。內部集成8 KB的片內RAM和32 KB的片內Flash程序存儲器[4]。其速度快(0.9 DMIPS/MHz)、低功耗、功能強大、價格低廉的特點充分滿足了系統設計的要求。

3.2 GPRS通信模塊

為了實現用戶能夠用手機/電話遠程控制家用電器的開關，利用了GPRS模塊的短信及語音等功能。GPRS是通用分組無線業務的簡稱，是在GSM基礎上發展出來的一種新型的分組數據承載業務，具有實時在線、按量計費、高速傳輸、自如切換、快捷登錄等優點[5]。特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。這一特點正適合家用電器的遠程控制。

GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900B模塊。該模塊是屬于B2B類型的四頻GSM/GPRS模塊，采用了非常強大的AMR926EJ-S單芯片處理器，可完全兼容于SIM300/340和SIM340E。其性能穩定，外觀小巧，性價比高，工作頻率為 850/900/1 800/1 900 MHz，可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸[6]。SIM900B的電路連接如圖2所示。

3.3 無線傳輸模塊

家用電器開關的數據信息采用的是基于TI公司CC1101的無線傳輸電路。這是一款低于1 GHz高性能射頻收發器，功耗極低，工作電壓為 1.9 V～3.6 V，在待機模式下電流僅為200 nA，工作時的電流也只有10 mA左右，另外還具有卓越的數據包處理能力、通信質量優、穩定性好等特性[7]。在發送時，只需簡單設置寄存器，然后按照前導碼、同步字、FIFO數據長度、地址(如果接收端開啟了地址過濾)以及FIFO數據的先后順序進行發送即可；接收時，器件會自動偵測前導碼、同步字、地址信息。在家用電器的遠程控制中可讓系統一直處于接收狀態，只有出現意外的情況(如溫度過高、天然氣泄漏、煙霧濃度高等)時，利用中斷來執行發送指令。

3.4 溫度采集及煙霧濃度監測模塊

溫度采集采用的是DALLAS(達拉斯)公司生產的DS18B20。其體積小，硬件簡單，抗干擾性強，精度能達到土0.025℃，但軟件稍復雜[8]，不過對家用電器的溫度采集、處理和分析還是很容易實現的。

對煙霧濃度的檢測采用的是MQ2氣體傳感器，可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監測裝置。其對環境液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等較敏感，在沒有這些氣體影響或者氣體濃度未超過設定閾值時，數字接口輸出高電平[9]，模擬接口輸出電壓基本為 0 V；當氣體影響超過設定閾值時，數字接口輸出低電平，模擬接口輸出的電壓會隨著氣體的影響逐漸增大。當濃度超標時，系統會發報警信息到設定好的手機上，這樣就可對家中的煙霧、溫度、天然氣進行很好的監測，以防止意外的發生。系統的硬件電路圖如圖3所示。

圖2 SIM900B電路圖

4 軟件設計

根據系統的設計要求，軟件設計主要包括中央控制器和無線數據采集兩部分。無線數據傳輸主要完成家用電器數據的采集和傳輸；中央控制器主要把無線傳輸的數據通過SIM900B發送到手機或把手機發過來的數據傳給CC1101，以達到對家用電器的控制。

4.1 中央控制器

主控芯片選用國內使用非常廣泛的MDK-ARM做為LPC1114的開發工具，MDK-ARM的界面與keil的界面差不多，使用起來非常方便。系統的軟件控制框圖如圖4所示。

用戶在遠程手持設備發送指令，由LPC1114讀取并判斷信息，通過CC1101發送控制指令并接收反饋信息。

4.2 無線數據采集

無線數據采集模塊CC1101采用TI提供的SmartRF Studio軟件進行配置。這個軟件是由Chipcon公司提供的一個射頻仿真軟件，可以對CC1101寄存器的配置進行設置，還能對RF參數進行仿真，操作簡單，使用方便。

以LPC1114為主控芯片，以SIM900B為 GPRS模塊,以CC1101為家用電器無線數據采集模塊，設計了一種以短信來遠程控制家用電器的系統。該系統成本低,易安裝,穩定性強,使用方便,安全可靠，易于推廣。

圖3 硬件電路圖

圖4 系統軟件控制框圖

[1]陳方.基于凌陽SPCE061A的遠程家電控制系統[J].機電工程,2010，27(4)：79-81,89.

[2]張云佐,閆洪波.短消息收發系統的設計與應用[C].Proceedings of International Conference of China Communication and Information Technology(ICCCIT2010),2010.

[3]夏澎,郝衛東.基于嵌入式的智能家居監控系統設計[J].微型機與應用，2010，29(10)：91-94.

[4]許浩,張仁杰,何嘉璟,等.基于GPRS的遠程智能家居控制系統設計[J].儀器儀表學報，2007，29（4）：710-712.

[5]周禮坤,楊昌明,曹小山.GPRS作為無線傳輸媒介的幾種組網方式的分析與比較[J].電子世界,2013(16)：155-156.

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[7]花鐵森.智能家居系統核心技術探討[J].智能建筑電氣技術,2009，3(1)：92-98.

[8]李杰,何為,汪金剛.遠程監控無線集中器的一種實現方法[C].電工理論與新技術學術年會論文集,2005:243-244.

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