基于GSM模塊的智能家居系統設計

任 強

（山西大同大學物理與電子科學學院，大同 037009）

1 引言

隨著社會經濟的發展，生活水平普遍提高，家居防護越來越成為人們注重的安全領域。信息的傳遞和處理是人類現代生活中溝通交流的重要途徑，不管是當代4G時代的到來，還是互聯網通訊的廣泛普及，都是當前世界上發展最迅猛也最具發展前途的智能化技術的標志。在未來，發展成熟化的短信息技術一定會成為智能化系統的基礎技術。而近來的智能家居由于其開發成本高，發展也不夠穩定的缺點，沒有被廣大民眾所接受。因此成本低，穩定性好的家居防護系統的研發成為社會大眾的普遍需求。

2 系統方案及編譯平臺的介紹

2.1 系統整體方案

本系統由主控模塊、傳感器模塊、家居防護模塊、聲音報警模塊、SIM300模塊等組成。此外，本系統還利用各類體積小，靈敏度高的傳感器來檢測家居環境。在方案設計時，本文考慮到了系統的應用環境、各類傳感器的靈敏度、各種非危險因素觸發系統等干擾因素。通過對傳感器的靈敏度進行校對，并設定主人在家或不在家兩種模式，使系統更符合家居的實用性。

2.2 軟件編譯平臺Keil

相比較而言，在匯編語言與C語言中，不論是在可讀性、結構性上，還是可維護性和功能上，用C語言進行開發項目有著明顯的優勢。而Keil C51正是應用于C語言的軟件開發兼容系統，易學易用。此外，它還具有仿真、管理庫的功能。在處理速度上效率非常高。且其語句也容易理解，框架合理，在多種電腦系統中都可以穩定運行。

3 各模塊功能及原理介紹

該系統分為兩種工作模式，分別是主人在家模式和主人外出模式。當主人在時開啟聲音報警，并使一些必要的傳感器進行工作。當主人不在時，開啟短信報警，并使所有傳感器進行工作。系統在工作時，當危險信息觸發傳感器，傳感器將信息傳給主控系統，主控系統將觸發信息傳送給GSM短信模塊和家居防護設施。GSM短信模塊進行報警，家居防護設施進行防護處理，避免造成更大的損失。系統的人性化設計更加適合家庭環境使用。

3.1 主控芯片

STC12C5A60S2為系統主控芯片，芯片的程序存儲器大于一般51系列的單片機，且采用 flash工藝，能實現程序的快速刪除與編輯。同時，此單片機在下載程序時，利用串口通訊，能便捷的完成任務。

3.2 GSM短信報警模塊

模塊中，RS232接口為3線制，RX，TX，GND。同時兼具TTL/CMOS接口，用戶可以根據自己的選擇來外部接入5V或者3.3V的單片機，用于控制SIM300模塊。此外網絡信號燈NET向用戶提示當前模塊的狀態。在配置好參數后，將發送內容經過指令轉換后，即可發送短信。

3.3 各檢測傳感器

（1）熱釋電紅外傳感器

其所能檢測到的范圍內如果有小偷進入，相應的就會輸出信號，經單片機處理，進行報警。若是主人出門在外，那么就可以收到由GSM模塊發的報警短信，提醒及時回家或采取相應的補救措施。流程如圖1所示。

圖1 熱釋電檢測報警過程圖

（2）煤氣傳感器

在有一定濃度有害氣體的環境中，其電導率就會隨著環境中可燃氣體濃度的變化而增加或減少，就可以把濃度信號轉換成電信號實現檢測。

（3）濕度傳感器

利用附在元件上的感濕材料，當有水汽時，其特性就會改變，這樣就改變了其電導率，輸出電流信號或者是電壓信號就可以了。同時調節濕度傳感器上的電位器，可以進行控制濕度值。設置合適的濕度值，傳感器如檢測到環境的濕度小于或者大于設置之值，相應的指示燈會亮，從而實現檢測。

（4）火焰傳感器

火焰傳感器由紅外發射管、比較器lm323以及簡單外圍電路組成。當傳感器檢測到危險信息時，通過比較器電路輸出DO信號和AO信號。通常情況下，用DO輸出的TTL信號直接輸入單片機。

（5）震動傳感器

震動傳感器通過力的效應來采集危險信號。當有震動信號時，傳感器將信號以高電平的形式發送給控制中心；沒有振動信號時，處于休眠低電平狀態。同時，震動傳感器也是目前市場上用于測試器件的關鍵原件之一，它還具有價格低廉、使用靈活方便的特點。

（6）家居防護模塊

該模塊由簡單的自動噴水裝置和自動打開窗戶裝置構成分，這兩類裝置主要設置在廚房里。自動噴水裝置由簡單的打開關閉水龍頭裝置組成。而自動開窗裝置由簡單的拉伸裝置組成。

4 系統軟硬件設計

4.1 硬件設計

（1）總體設計方案

系統的功能是建立在GSM的短信發送報警功能基礎之上的。在此基礎上，系統通過各種傳感器采集室內具體信息，將信息轉換成數字信號傳遞給單片機，并根據不同的工作模式做出具體處理。

（2）外圍電路及聲音報警模塊

單片機外圍電路主要由時鐘振蕩電路和復位電路組成。晶振提供12MHz的時鐘，以保證單片機能正常運行。在復位電路中，我們選用10uf的電容，從而保證復位的時間不長也不短。復位電路的功能主要是讓程序重新執行。單片機具有處理速度快，功耗低，抗干擾能力強，兼容8051指令代碼?；诒灸K與SIM300模塊連接，其串口RXD與TXD正好滿足設計的要求。

本模塊使用有源蜂鳴器。因為其直接直流電壓就可以進行報警，符合系統設計的要求。在本設計中，當有單片機接收到傳感器的信號，經過處理，直接給蜂鳴器一個高電平的觸發信號，使蜂鳴器實現報警功能。

4.2 軟件設計

（1）軟件系統主程序設計

設計程序時，考慮到整體系統的穩定運行。采用程序嵌套的方式，進行整體的設計。首先進行信號的采集，采集到信號之后，經過單片機的簡單處理，進行啟動報警系統報警。報警系統包括兩種模式，一種是短信報警，另一種是簡單的聲音報警。同時，家居防護設施進行簡單的設防。

（2）子信號及短信模塊處理

信號采集子程序以采集火情信息為例，有火情危險發生時，即有信號輸入的時候，單片機進行處理，接收信號，并相應的進行回應。

發送短信子程序首先進行系統的初始化，判斷有無信號輸入。有信號輸入就啟動短信報警系統，進行報警。

5 系統調試及仿真

在完成系統硬件和軟件設計后，還需對系統進行了軟件編譯和硬件調試，對裝置初始化，調試實驗并記錄調試結果。

首先根據編寫的程序通過Keil軟件編譯生成單片機能執行的hex文件，將把生成的hex文件調入單片機中，由于系統設計的復雜性和仿真軟件protues的局限性，只對系統的家居防護設備進行仿真。仿真見圖2。

圖2 家居防護設備仿真圖

6 結束語

本文采用STC12C5A60S2單片機作為主控制系統，該單片機具有通用性強，體積小，價格低，處理速度快等優點，已廣泛應用于各類產品的開發和應用。并且SIM300（GSM）短信模塊是一款集成度較高的信息接收轉譯發送處理器，與單片機可以進行簡單接口的連接，為本設計提供了簡易的硬件基礎。同時，各類傳感器直接連接單片機實現信息的傳送更是符合人性化需求。此外，簡便實用的家居防護設施使系統設計的實用性更為突出。

智能化是未來科學技術發展的大方向，而智能家居系統則是為了提高人們日常生活的品質和安全，方便人們的日常生活。本系統設計并優化了軟硬件方案流程，并通過單片機實現了將各個模塊集成化，實現了對家里各種情況的實時檢測，給人們現代化的生活帶來巨大的便捷。

[1] 呂顯朋，劉彥隆，王相國.基于物聯網的智能家居系統設計[J].電視技術，2013，37（24）：43-48.