基于GMS網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李翠鳳+葉華杰+翁正國

摘 要：本課題使用單片機(jī)STC12C5A60S2為控件核心，GPRS為通信模塊，通過TCP/IP協(xié)議接入Internet。安卓用戶通過軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。非安卓用戶可通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。本課題減少了控制器與家電設(shè)備之間的布線，通過控制器模塊內(nèi)部引入天線發(fā)射信息到無線解碼終端，進(jìn)而來控制家電對象，從而減少了布線，且無線解碼終端價格低，降低了工程的成本和人力。

關(guān)鍵詞：智能家居；GPRS；AT指令

1 緒論

智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起。通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全，有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資本。

在我國，已建成的基本覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動技術(shù)信息網(wǎng)，在GSM短信服務(wù)的基礎(chǔ)上，智能家居控制系統(tǒng)是在移動網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的短信應(yīng)用功能的技術(shù)運(yùn)用，同時也是一種信息在移動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)寄以及移動的過程。由于GSM網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)在全國范圍實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)以及漫游能力，所以它的網(wǎng)絡(luò)功能很強(qiáng)大，用戶無需另外搭建網(wǎng)絡(luò)，因此，在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到全國范圍的情況下，為客戶省下了昂貴的網(wǎng)絡(luò)搭建費(fèi)用以及維護(hù)網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。同時，它對用戶數(shù)量的限制也十分少，也為客戶克服了一般智能家居控制系統(tǒng)，系統(tǒng)成本高，維護(hù)艱難，并且網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小以及用戶組數(shù)量少的缺點。和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋率上具有較大的優(yōu)勢，加之GSM本身就具有數(shù)據(jù)的輸送功能，這也促成了GSM應(yīng)用在廣大生活中得到迅速普及。GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的提出大大的提升了智能家居控制系統(tǒng)的完善程度。

2 智能家居系統(tǒng)構(gòu)成

利用GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強(qiáng)大的支持平臺。在此以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲蓄點機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)及其他無人值守點監(jiān)控及城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來水、污水管網(wǎng)和熱力系統(tǒng) 、電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了西門子公司新一代無線通信GSM模塊MC55，它設(shè)計小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計。

本課題設(shè)計使用單片機(jī)STC12C5A60S2為控件核心，GPRS為通信模塊，通過TCP/IP協(xié)議接入Internet。安卓用戶通過軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。非安卓用戶可通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。

本設(shè)計主要研究了基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信的智能家居控制系統(tǒng)。功能上實現(xiàn)：

照明控制：對燈光進(jìn)行開閉和調(diào)光控制，可指定任何一個開關(guān)的控制對象，并且根據(jù)不同的情景，作出相應(yīng)的調(diào)整。

電器控制：智能家居控制系統(tǒng)的電器控制功能，能對家用電器進(jìn)行全功能的控制或遠(yuǎn)程控制。窗簾控制，根據(jù)光照、時間、室內(nèi)燈光差等因素自動控制窗簾的開、閉或用遙控手動控制。在任何地方，安卓用戶通過軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。非安卓用戶通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現(xiàn)對家電對象的控制。

安防報警：能對系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)各電燈、電器的工作狀態(tài)以及室內(nèi)溫度、濕度、火警、煤氣等室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測并做出警告，并能根據(jù)事先設(shè)定的應(yīng)急處理程序自動做出反應(yīng)，防止事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 智能家居硬件組成

智能家居硬件組成主要包括GPRS通信模塊、控制模塊、交流繼電器電路模塊、窗簾控制電路模塊、煙霧傳感器電路模塊、外接振蕩電路模塊、單片機(jī)的復(fù)位電路模塊等。下面簡單介紹下主要的幾個模塊。

GPRS通信模塊：GPRS通信模塊通過RS232串行口與智能家居控制器進(jìn)行通信。主要功能為：與監(jiān)控中心進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，一方面實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程控制，另一方面能及時發(fā)出報警信息。經(jīng)過性能與成本的綜合考慮GPRS通信模塊設(shè)計采用了西門子公司生產(chǎn)的內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的MC55。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。GPRS通信終端收發(fā)模塊主要由MC55模塊、天線、SIM卡、相關(guān)的電平轉(zhuǎn)換電路和RS232串口組成。MC55收發(fā)模塊采用AT指令操作，通過RS232串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

控制模塊：單片機(jī)采用STC12C5A60S2為控件核心，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。

交流繼電器電路模塊：通過一端對單片機(jī)的連接，當(dāng)單片機(jī)語言識別用發(fā)出的指令后，對繼電器進(jìn)行激發(fā)，使得因一端長期供電，用開關(guān)激發(fā)后閉合，達(dá)到對家用電器給電的效果，已完成我們對智能家居控制系統(tǒng)的要求。

窗簾控制電路模塊：由于窗簾的開啟與關(guān)閉需要電動機(jī)得到一定的控制，直流電動機(jī)不易控制好所需轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，而步進(jìn)電動機(jī)能夠通過程序控制其所轉(zhuǎn)圈數(shù)精確到度。本設(shè)計采用5V步進(jìn)馬達(dá)作為窗簾的控制器。ULN200作為步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動芯片。

煙霧傳感器電路模塊：MQ-2檢測室內(nèi)煙霧濃度的變化而引起阻值的變化，從而引起NPN基極電壓的變化，再經(jīng)過NPN放大電路進(jìn)行放大傳送至單片機(jī)進(jìn)行控制。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

主程序主要是根據(jù)各種標(biāo)志量進(jìn)行判斷，然后對矩陣鍵盤掃描、串口數(shù)據(jù)監(jiān)測、煤氣泄漏的采集數(shù)據(jù)等子程序進(jìn)行調(diào)試并完成相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)的刷新。

主控制模塊主要實現(xiàn)與GSM模塊和各終端控制模塊無線通訊，其軟件設(shè)計主要包括初始化、用戶信息的設(shè)置和存儲、信息的發(fā)送與接收、終端狀態(tài)的監(jiān)測報警等過程。單片機(jī)通過串行口控制信息的發(fā)送與接收，為了更好地反映家居環(huán)境狀態(tài)，系統(tǒng)采用定量信息向用戶反饋。定量信息的編寫包括對實時溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。用戶信息指令的接收包括設(shè)置新短信提醒、有效信息的篩選、信息模式的設(shè)定和指令的解讀。

5 結(jié)束語

基于GMS網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)，方便使用者對家庭的遠(yuǎn)程智能控制，采用手機(jī)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該技術(shù)使用高于第二代通信技術(shù)（GSM）的GPRS手段進(jìn)行遠(yuǎn)程智能控制，通過控制器模塊內(nèi)部引入天線發(fā)射信息到無線解碼終端，并實現(xiàn)與家庭信息與安全的交互，實現(xiàn)家居物聯(lián)網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊鵬，楊穗，鐘建新.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2012，10：324-326.

[2]李玉峰，倪虹霞.MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[3]周建民，徐鵬，曹青松.一種基于ZigBee技術(shù)無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2009（26）.endprint