基于GMS網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李翠鳳+葉華杰+翁正國(guó)

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(guò)TCP/IP協(xié)議接入Internet。安卓用戶(hù)通過(guò)軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。非安卓用戶(hù)可通過(guò)短信傳遞到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。本課題減少了控制器與家電設(shè)備之間的布線(xiàn)，通過(guò)控制器模塊內(nèi)部引入天線(xiàn)發(fā)射信息到無(wú)線(xiàn)解碼終端，進(jìn)而來(lái)控制家電對(duì)象，從而減少了布線(xiàn)，且無(wú)線(xiàn)解碼終端價(jià)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(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線(xiàn)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(guò)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(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，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(shí)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(guó)，已建成的基本覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(dòng)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(shí)也是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)寄以及移動(dòng)的過(guò)程。由于GSM網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)在全國(guó)范圍實(shí)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(hù)無(wú)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(guó)范圍的情況下，為客戶(hù)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(shí)，它對(duì)用戶(hù)數(shù)量的限制也十分少，也為客戶(hù)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(hù)組數(shù)量少的缺點(diǎn)。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(shì)，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(wú)線(xiàn)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(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。在此以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲(chǔ)蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無(wú)人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)及其他無(wú)人值守點(diǎn)監(jiān)控及城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來(lái)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(mén)子公司新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊MC55，它設(shè)計(jì)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(jì)。

本課題設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC12C5A60S2為控件核心，GPRS為通信模塊，通過(guò)TCP/IP協(xié)議接入Internet。安卓用戶(hù)通過(guò)軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。非安卓用戶(hù)可通過(guò)短信傳遞到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。

本設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)：

照明控制：對(duì)燈光進(jìn)行開(kāi)閉和調(diào)光控制，可指定任何一個(gè)開(kāi)關(guān)的控制對(duì)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(duì)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(shí)間、室內(nèi)燈光差等因素自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)、閉或用遙控手動(dòng)控制。在任何地方，安卓用戶(hù)通過(guò)軟件界面借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。非安卓用戶(hù)通過(guò)短信傳遞到控制器，由無(wú)線(xiàn)解碼終端解碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)家電對(duì)象的控制。

安防報(bào)警：能對(duì)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(cè)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(dòng)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(jiǎn)單介紹下主要的幾個(gè)模塊。

GPRS通信模塊：GPRS通信模塊通過(guò)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(shí)現(xiàn)用戶(hù)遠(yuǎn)程控制，另一方面能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。經(jīng)過(guò)性能與成本的綜合考慮GPRS通信模塊設(shè)計(jì)采用了西門(mén)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(xiàn)、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(guò)RS232串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(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(zhuān)用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

交流繼電器電路模塊：通過(guò)一端對(duì)單片機(jī)的連接，當(dāng)單片機(jī)語(yǔ)言識(shí)別用發(fā)出的指令后，對(duì)繼電器進(jìn)行激發(fā)，使得因一端長(zhǎng)期供電，用開(kāi)關(guān)激發(fā)后閉合，達(dá)到對(duì)家用電器給電的效果，已完成我們對(duì)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(kāi)啟與關(guān)閉需要電動(dòng)機(jī)得到一定的控制，直流電動(dòng)機(jī)不易控制好所需轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠通過(guò)程序控制其所轉(zhuǎn)圈數(shù)精確到度。本設(shè)計(jì)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(dòng)芯片。

煙霧傳感器電路模塊：MQ-2檢測(cè)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(guò)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(jì)

主程序主要是根據(jù)各種標(biāo)志量進(jìn)行判斷，然后對(duì)矩陣鍵盤(pán)掃描、串口數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、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(shí)現(xiàn)與GSM模塊和各終端控制模塊無(wú)線(xiàn)通訊，其軟件設(shè)計(jì)主要包括初始化、用戶(hù)信息的設(shè)置和存儲(chǔ)、信息的發(fā)送與接收、終端狀態(tài)的監(jiān)測(cè)報(bào)警等過(guò)程。單片機(jī)通過(guò)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(hù)反饋。定量信息的編寫(xiě)包括對(duì)實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。用戶(hù)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(yǔ)

基于GMS網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)，方便使用者對(duì)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(guò)控制器模塊內(nèi)部引入天線(xiàn)發(fā)射信息到無(wú)線(xiàn)解碼終端，并實(shí)現(xiàn)與家庭信息與安全的交互，實(shí)現(xiàn)家居物聯(lián)網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

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