基于紅外和GSM模塊的智能家居系統

◎黃哲銳 曾欣欣 梁同樂

基于紅外和GSM模塊的智能家居系統

◎黃哲銳 曾欣欣 梁同樂

項目概述

行業背景：物聯網組成了是新一代信息技術的重要部分。物聯網就是物物相連的互聯網，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。即建立在互聯網基礎上的，實現物與物之間進行信息交流和通信的網絡。

物聯網通過智能感知、識別技術、云技術、廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網是基于互聯網發展的應用拓展，應用創新是發展的關鍵。安全運行是智能互聯系統得以發揮作用的保障。

國家政策：2013年9月，國家發改委、工業和信息化部、科技部三部委聯合印發了《物聯網發展專項行動計劃》。明確將智能家居作為戰略性新興產業來培育發展，將智能家居列入9大重點領域應用示范工程中。（詳見發布的《物聯網發展專項行動計劃》，9大應用領域分別是工業、農業、運輸流通、生態環境、交通管理、安全生產、公共安全、城市基礎設施管理、智能家居等領域）。

市場背景：目前智能家居應用范圍及功能分析。

智能燈光、插座控制。通過多種方式，如手動、遙控、平板電腦、智能手機、個人電腦、定時等方式對燈光插座進行單開、單關、全開、全關以及情景控制。

智能安防監控。實時監控——通過平板電腦、智能手機實時顯示攝像機視頻監控畫面；將監控視頻數據存儲在SD卡上；

場景定時。把設置好的場景模式進行定時開啟與關閉，讓其自動運行。

場景控制。將燈光、窗簾、空調和其它家用電器的若干個設備任意組合，形成場景模式，一鍵啟動，一鍵關閉。

智慧健康。支持血壓計、人體秤、脂肪秤的數據采集、自動生成報表、智能健康診斷、健康建議 等功能，報表內容包括體重、脂肪率、水分率、肌肉量、脂肪等級、血壓、脈搏。讓你遠在天邊也能及時、隨時地關注家中老人的身體健康狀況。

綜合起來就是三個方面：第一是實現簡單的家電控制；第二是安防監控。隨著社會的發展，安防是老百姓的剛需；第三是家庭健康監護的產品。

產品思考：智能設備作為職能家具的一部分，每個智能家電或者設備終端擁有各自的智能化功能是，這就需要一個智能家居的中控系統將各個智能家電集成到一個平臺上面。需要有一個兼容性強、安全穩定，方便使用的智能家居系統。

產品簡介

產品設計思路：隨著智能化的應用與發展，生活中逐漸出現了很多實用且方便的智能化系統。現代社會，

移動與無線通信發展迅速。通過研究，我們把紅外遙控控制技術、智能路由器和GSM 短信功能應用于我們的家庭中，制作一個通過普通遙控器實現近程控制、無線路由器的鏈接和短信發送實現遠程控制的智能系統。

產品創新點：基于GSM 網絡的智能家居系統采用GSM 模塊進行短信息提醒，解決了發生問題，用戶設備無移動通信鏈接時無法接受信息的問題。

智能路由器實現用戶調控，以單片機為控制核心，進行信息反饋和遠程控制，實現了遠程報警、遠程遙控等功能。更加方便以及可視化。

系統工作原理：圖1 為智能家居系統的工作原理圖。系統在正常工作時處于監控狀態，如果傳感器檢測到異常信號，單片機通過從不同傳感器接收到的信號同預先存儲在ROM 中的數據信息進行對比，判斷出異常的問題（如盜竊、火警、煤氣等）時，確定發生警情，然后提示信號由串口傳送給GSM模塊，最后將提示短信發送給用戶。或者幾秒鐘后，用戶的手機上就可以接收到報警短信，提醒用戶采取措施。另外用戶可通過移動端網頁，智能路由模塊接收，經單片機解碼后，驅動系統中的電器控制電路去控制相應的家電，從而實現遠程控制電器工作的目的。

系統的主要功能

家電控制功能：接收用戶發送來的控制命令，實現短信的譯碼功能，智能路由器直接控制智能設備實現不同家電工作及停止功能。

自動報警功能：當用戶住宅出現異常情況時， 系統會自動發送報警短信給預先設定手機號碼的用戶，按照設定頻率發送提示，直至解決問題為止。系統提供備用充電電池，在斷電時可繼續工作，可以防止部分不法分子利用斷電進行盜竊，克服了停電時不能報警等缺點。

主要功能模塊

單片機控制模塊。系統的控制器選用STC89C54RD+單片機。選用具有低功耗、存儲容量大、運行穩定、價格便宜等特點8的位STC89C54RD+單片機。其支持的最高時鐘為80MHz.內部包括程序存儲器ROM、1 kB 的數據存儲器、16 kB 的Flash 程序存儲器ROM、1 kB 的數據存儲器RAM,具有ISP 在線編程功能，可節省購買編程器的額外投入，大大減少了開發復雜度。2.2 GSM 模塊。

本系統設計使用是可以快速安全地實現數據、語音的傳輸、短信息服務（SMS） 和傳真等功能的GSM 模塊。是Siemens 公司的TC35I. TC35I 是Siemens 公司推出的新一代無線通訊模塊，可以工作在GSM 900 kHz 和1 800 kHz 兩個頻段，RS232數據口符合ETSI 標準GSM0707 和GSM0705。通過獨特的40 引腳的ZIF 連接器，實現電源連接、指令、數據、語音信號及控制信號的雙向傳輸；TC35I模塊主要由GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF 連接器、天線接口六個部分組成。TC35I構成框圖如圖2 所示。通過ZIF連接器及50 Ω天線連接器，可分別連接SIM 卡支架和天線。該模塊向用戶提供標準的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。

傳感器模塊。本系統傳感器模塊由一組功能不同的傳感器構成，用于各種異常情況監測。

a.防盜竊使用紅外線反射型傳感器，將紅外線反射型傳感器安裝在通道的位置或門窗的兩側，當有人進入時紅外線反射型傳感器就會檢測出來，檢測信號通過轉換電路轉換成低電平，然后送去給單片機，單片機對應引腳檢測到送來低電平后就會啟動防盜報警系統工作。

b.燃氣傳感器使用金屬氧化物半導體傳感器（或稱MOS）。MOS 也可以用來檢測毒性水平。它由一個金屬氧化物半導體的傳感器件（如氧化物SnO2）構成。在新鮮空氣條件下，它的電導較小，而一旦接觸還原性氣體或者易燃易爆氣體， 電導會增加，引發檢測電路電平跳變從而啟動報警系統工作。

c.防火使用離子式煙霧傳感（SS-668），通過監測煙霧的濃度來實現火災防范。煙霧報警器內部采用離子式煙霧傳感，當一定量煙霧進入煙霧傳感器的反應腔，引起電路電平變化。離子式煙霧傳感器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，為火災預防和早期發現提供幫助。

硬件接口電路設計。本系統硬件接口電路主要由單片機與GSM 模塊的接口電路和系統安防電路及控制電路構成。單片機與TC35I 的連接圖如圖3 所示，TC35I的數據接口采用串行異步收發， 符合ITU-TRS-232 接口電路標準，工作在CMOS 電平（2.65 V）。數據接口配置為8 位數據位、1 位停止位、無校驗位，可以在300-115×103 bps 的波特率下運行。由于數據通信電路中TC35I 數據接口工作在CMOS電平，而STC 單片機工作在TTL 電平，工作電壓范圍一般比TC35I 寬，故應在單片機和TC35I 之間加電平轉換電路。本設計使用TI 公司的MAX232芯片為核心，實現電平轉換及串口通信功能。

系統軟件的設計。系統的軟件設計采用C 語言編寫， 系統安防主程序及中斷程序流程圖如圖5 所示。系統首先對單片機的串口、中斷和TC35I 短信模塊初始化，STC 單片機不斷對傳感器接口電路的I/O 口循環進行檢測，當檢測到有傳感器的開關量變化時，則說明報警信息產生，開中斷進入中斷處理子程序。

中斷處理子程序完成對相應防盜、防火、防煤氣泄漏等事件的短信息發送。利用STC 單片機通過UART 串口向GSM 模塊發送一系列AT 指令，就能實現基于GSM 的短信息的收發、查尋和管理。

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越注重對家用電器的進行智能化控制和后期的維護的便捷性質。智能家居便隨之越來越深得人們的青睞。本設計方案借助于GSM 網絡通信技術、智能路由操作和單片機的控制功能，實現了安防監控和遠程控制。GSM 模塊與控制電路集成在同一線路板上，提高了整個系統通信的穩定性。更加有安全保障去保護用戶的家園。本系統具有實現簡單、成本低、適用范圍廣、安全可靠等優點，除了用于智能家居還可以衍生用于倉庫、廠房與花卉大棚等地方的安防監控與電路遠程控制等，

（作者單位：廣東郵電職業技術學院）

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廣東大學生2016年科技創新培育專項資金，項目編號：pdjh2016b0655)