基于物聯網技術的實訓室智能云管理系統設計

劉英明+胡正乙+劉治滿

摘要本文主要介紹了以物聯網技術為核心的智能實驗室遠程管理控制系統。系統通過GSM模塊TC35將采集到的信息以短信形式發送到管理員手機，或打電話到管理員手機，管理員通過手機預裝的視頻監控軟件可以查看實驗室的具體情況。系統具有運行成本低、集成度高、運行穩定等特點，適用于遠距離監測且不受地形條件的影響。

關鍵詞物聯網；GSM；單片機

當前，基于物聯網技術的智能家居、智能樓宇等應用得到了廣泛的研究，傳統的建筑物室內管理出現了新的局面，物聯網技術給整個應用環境帶來了智能化的改變。本文將物聯網技術在智能家居、智能樓宇等方面的部分結構和特性應用到實訓室，探索智能實訓室的模型，打造開放的實訓室，為物聯網技術的新發展提供全新的思路。

1系統總體設計

本系統采用TC35模塊和MCU（ATmega16）作為主控器。系統前端采用對射開關、人體感應開關監測是否有人非法進入實訓室，采用煙感傳感器檢測是否有火災發生，同時安裝視頻監控攝像頭用來監測發生險情時實訓室的情況。如果有險情發生，單片機通過繼電器打開攝像頭，同時把險情信息發送給TC35模塊，TC35模塊通過GSM網絡發短信或打電話給實訓室管理人員，管理員接到報警信息后，打開手機預裝的視頻監控軟件即可立即查看實訓室以便做出正確處理。系統總體設計如圖1所示。

2系統硬件設計

系統的硬件電路主要是實訓室云管理終端硬件設計，包括系統主控模塊、信號采集模塊、TC35模塊、電源電路等。信號采集電路主要包括對射開關、人體感應開關、煙感傳感器以及攝像頭。

2.1系統主控模塊

系統采用ATmega16為控制核心，它具有高性能、低功耗以及運算速度快的8位微處理器，32個8位通用工作寄存器，16KB的系統內可編程Flash，內存大、數學處理能力強，上電復位以及可編程的掉電檢測，支持擴展的片內調試功能，32個可編程I/0口，耗電量小。

2.2信號采集模塊

信號采集電路主要包括對射開關、人體感應開關、煙感傳感器以及攝像頭。

對射式光電開關由發射器和接收器組成，其工作原理是通過發射器發出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經過發射器和接收器之前阻斷光線時，光電開關就產生開關信號。

人體感應開關也叫紅外感應開關，是一種當有人從紅外感應探測區域經過而自動啟動的開關。人體紅外感應開關的主要器件為人體熱釋電紅外傳感器。人體都有恒定的體溫，一般在37℃，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是通過探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。

煙感傳感器采用特殊結構設計的光電傳感器，SMT貼片加工工藝生產，具有靈敏度高、穩定可靠、低功耗、美觀耐用、使用方便等特點。

2.3TC35模塊

TC35模塊的工作電壓為3.3V～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2w（900MHz）和1W（1800MHz）。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。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊。可以快速、安全、可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務（Short Message Service）和傳真。

3系統軟件設計

本系統利用對射開關、人體感應開關、煙感傳感器來實時檢測實訓室情況，并且發送到單片機，用ATmega16單片機作控制核心，控制繼電器打開攝像頭，同時把信號發送給TC35模塊，進而把險情信息發送給實訓室管理員。系統流程圖如圖2所示。

3.1單片機控制設計

系統軟件的大體流程是：首先上電進行單片機的初始化設置，如時鐘，UART串口的波特率，引腳的功能設置等；然后發送開機脈沖開啟TC35，并作相關設置，如串口波特率，短信模式，工號模式等；然后通過發送AT命令來控制TC35進行短信的收發即可。

3.2TC35通訊設計

TC35收到來電或短信時，能夠通過串口發出相應提示信息，單片機也可以通過串口向TC35模塊發送各種控制命令和待發送的短信內容。

TC35模塊通過AT+CMGR指令判讀短信來電，并與事先寫入單片機EEPROM的授權手機號碼、控制命令內容進行比對，即可事先認證短信發送方手機號碼，并執行相應控制動作。現場報警傳感器觸發時，系統則立即將對應的報警短信內容發送到遠程的系統管理員手機上。同時，系統支持語音通信，自動執行ATD指令循環撥打接警電話號碼，并通過ATD指令的應答內容來識別實驗室管理員是否接聽，一旦工作人員接聽或掛機，就不再撥打該號碼。

3.3系統調試與實現

1）TC35模塊的網絡注冊和調試。在使用TC35模塊時，將SIM卡插在TC35模塊的SIM卡卡槽，首先對模塊進行聯網注冊。第一次按下網絡啟動按鍵，網絡指示燈一亮一滅，表示網絡注冊未成功或網絡正在注冊中，等待大約1min，如果網絡指示燈出現短滅常亮的狀態，表示網絡注冊成功，TC35模塊進入正常工作狀態。

2）TC35與單片機通信測試。通過RS232串口線將單片機與TC35連接，把編寫好的程序下載到單片機進行調試。測試程序中參數設置如下，速率：9600；奇偶檢驗位：無；數據位：8；停止位：1；流程控制：硬件。在測試程序中，單片機按鍵盤中某個按鍵向TC35發送AT命令，單片機接收顯示返回0K，則表示單片機與GSM連接成功。

3）TC35模塊發短信給手機測試。對短消息的控制共有3種模式：Block Mode、基于AT指令的PDU Mode、基于AT指令的Text Mode。目前發送短消息常用Text和PDU Mode。使用TEXT收發短信代碼簡單，實現起來容易，但是不能收發中文短信。本系統只用來發送和接收英文及數字，所以選用TEXT模式。系統經過測試正常，遠程就可以通過手機發送來的信息預警實訓室出現的險情，如有人非法進入實訓室，實訓室發送火災等，極大減少實訓室災害。

4結論

本文設計的基于TC35的物聯網技術的實訓室智能云管理系統，是利用Atmega16來控制TC35模塊，來實現短消息的收發與數據的無線傳輸。本次設計成本較低，運行穩定可靠，應用范圍廣泛，模塊成本低，更加具有商業價值。