基于MC9S08GB60的智能窗控制系統設計

趙石磊，李文越，李金剛

（哈爾濱理工大學，黑龍江 哈爾濱 150036）

0 引言

當今是信息化高度發達的時代，社會信息化和家居智能化也呈現出了蓬勃發展的趨勢，越來越多的家庭開始追求高質量、高科技舒適安全的家居生活，充分享受由信息時代帶來的生活上的便利。作為智能家居系統的子系統智能門窗，是在傳統住宅的基礎上，綜合利用傳感器技術、計算機技術、現代通訊技術和自動控制技術等，實現了門窗各種信息的采集、傳輸、處理和控制。然而，目前已有的智能窗存在著諸多不足：有些高端智能窗控制復雜、價格昂貴、且功耗較大；有些功能簡單、不能實現遠程控制、難以普及應用；本文在解決已有智能窗的弊端的基礎上，系統通過加入GSM 模塊建立起 “人機對話”系統，實現了用戶對窗戶的遠程監控，使窗戶真正 “智能”起來。

1 系統硬件設計

系統結構如圖1所示。當系統上電后，整個裝置開始初始化，接著各部分模塊開始執行各自的功能：濕敏傳感器檢測室外的濕度，即檢測是否下雨；溫度傳感器檢測室內溫度，GSM 模塊開始處于短信接收狀態，同時單片機搜集各模塊信息，經過分析、處理后，控制窗體開關器動作，并通過GSM模塊發送短信給用戶，匯報窗體狀態。

（1）單片機控制電路：本系統采用8位單片機MC9S08GB60，它是一款低功耗，高性能的單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），MC9S08GB60單片機在電子行業中有著廣泛的應用。

圖1 系統結構圖Fig.1 System structure

（2）GSM 模塊：本系統采用的GSM 模塊為TC35i 模塊，工作頻段為雙頻 GSM900MH/GSM1800MHz，GSM（GPRS）網是覆蓋范圍廣泛的全數字網，具備提供語音和數據服務的諸多優點，包括較低的誤碼率及極低的成本。中國移動和中國聯通在全國范圍都建有網絡，覆蓋范圍廣，用戶多，并可實現全國漫游。GSM 模塊通過串行總線RS232與MC9S08GB60 連接，向用戶提供標準的AT 命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發及設計。

（3）檢測模塊及執行機構：檢測模塊包括溫度傳感器和濕度傳感器以及煙霧傳感器和紅外傳感器。溫度傳感器和濕度傳感器分別采用美國Dallas 公司DS18B20 數字式溫度傳感器及國產DHT11 數字式溫濕度傳感器，兩種傳感器均采用單總線方式與MC9S08GB60 通信；煙霧傳感器則采用對CO 氣體、天然氣、液化氣、城市煤氣和煙霧有較好靈敏度的MQ-2 型氣體煙霧傳感器。紅外傳感器采用的是HC-SR501 人體紅外傳感器模塊；執行機構即窗體開關器，采用的是電動螺桿式開窗器。單片機負責搜集溫、濕度傳感器、煙霧傳感器以及紅外傳感器傳來的數據，若溫度過高、濕度過低或者煙霧濃度過大則單片機控制電動開窗器開窗；若溫度過低、濕度過高或者紅外傳感器報警，則單片機控制電動開窗器關窗。

2 軟件設計

系統主程序流程如圖2所示。主要包括以下幾個部分：

（1）系統判斷是否有危險緊急事件發生。如發生火災或煤氣泄漏，煙霧探測器或煤氣探測器檢測到有信號時，系統調用事件處理子程序，即控制系統立即將窗門打開到最大，并啟同時發送報警短信到用戶的手機上，告知用戶發生了煤氣泄漏或煙霧產生。

MC9S08GB60與HC-SR501 通過MC9S08GB60 自身的數/模轉換模塊進行連接，并將其設置為8位精度模式和適當的比較電壓，當電壓高于比較電壓時，則調用事件處理子程序。

（2）系統判斷是否有風雨事件發生。如果刮風下雨，風雨傳感器檢測到有下雨信號時，系統調用事件處理子程序，即控制系統將窗門關閉，使雨水不能進入，同時將關窗的動作及原因發送告知信息到用戶手機上。另外，如果紅外傳感器有報警信號，則調用事件處理子程序，立即關閉窗門，并通過手機短信告知用戶關窗的原因。

MC9S08GB60與DHT11 之間的通訊，采用單總線方式，DHT11不會主動進行溫濕度采集。MC9S08GB60 發送一次開始信號后，DHT11 從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發送響應信號，并觸發一次信號采集后送出完整的40bit的數據分為小數部分和整數部分，高位先出。

MC9S08GB60d 對DS18B20的寫操作指令為： 數據線先置低電平 “0”；延時確定的時間約為15μs；按從低位到高位的順序發送字節；延時時間約為45μs；將數據線拉到高電平；所有的字節全部發送完后將數據線拉高。讀操作指令為：數據線拉高 “1”；延時約2μs；將數據線拉低 “0”；延時約15μs；將數據線拉高 “1”；延時約15μs；讀數據線的狀態得到1個狀態位，并進行數據處理；延時約30μs。

MC9S08GB60與HC-SR501人體紅外傳感器模塊之間采用I/O 口直接連接方式，當HC-SR501 人體紅外傳感器模塊檢測有人時，輸出為高電平，無人時為低電平。

（3）通過手機短信可以控制窗體的開與合。系統如果接收到短信控制信號時，調用短信控制子程序，系統對短信的內容進行分析，若收到開窗信號時，則控制開窗器打開窗門；若收到關窗信號時，控制開窗器關閉窗門。MC9S08GB60與GSM的軟件接口其實就是單片機通過RS232與GSM 短信息有關的AT 指令控制手機的控制技術，是一種操作控制GSM 模塊的軟件協議的集合，通過編寫程序軟件利用串口收發AT指令達到控制GSM 模塊收發短信的目的。AT 指令控制短消息發送有兩種常用模式， 即TEXT 模式、PDU 模式。PDU 模式可以采用unicode 編碼發送英文、漢字。本系統設計采用GSM 模塊的PDU 模式進行短消息的收發。

圖2 系統主程序流程圖Fig.2 Flow chart of the program

3 結束語

本文基于單片機、GSM 模塊、傳感器等器件，來實現窗體的智能控制。經過調試后，智能窗系統很好地完成了設計要求。另外，本設計方案還可以推廣應用到大部分家用電器上，比如電燈、洗衣機、電冰箱等電氣的手機短信控制上，具有廣闊的技術應用與產業化前景。

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