“互聯網+”智能家居監控系統研究＊

劉 祎 ， 劉 萍 ， 佘 勃

（宿遷學院機電工程學院，江蘇 宿遷 223800）

隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生活質量提出了更高要求，越來越需要一個舒適、便捷、安全的生活環境。恰恰如此，“互聯網+”智能家居的誕生正好符合人們對生活環境控制的一些要求。智能家居重點是無線網絡和智能控制的結合。“互聯網+”智能家居是一種可將生活中各個要素結合起來的家庭管理平臺，它基于無線通信技術互聯網技術等。文章就此展開研究。

1 系統總體設計

“互聯網+”智能家居系統通過GSM無線通信模塊將用戶手機和家居系統聯網。該設計包括的功能有短信控制繼電器、LED燈。隨著人們生活水平的提高，智能家居監控系統還必須實現溫度、濕度、有毒氣體監控等功能，以便讓家居生活更加舒適、安全、有效。具體實現功能如下：1）實現短信控制繼電器。這里的繼電器模擬的是一個常用家電，可以是電燈、也可以是熱水器等。2）實現單片機控制繼電器。運用DS18B20實現對溫度的監控。當溫度超出范圍時，單片機就可以發出信號控制繼電器，在這里繼電器模擬的是空調。3）實現有毒氣體報警。當煙霧傳感器遇到可燃性氣體時，板子上的蜂鳴器將發出報警信號。

本次設計的主要控制芯片是STC89C52單片機，由溫度傳感器采集溫度數據、紅外光電傳感器提供側方物體的距離數據和超聲波傳感器提供后方物體的距離數據，然后通過液晶模塊實時顯示，并且使用蜂鳴器報警。根據整個硬件電路的工作原理，硬件電路的系統結構圖如圖1所示。

1.1 繼電器模塊

繼電器是一種用弱電控制強電的電子控制器件，通常在PLC中使用的非常多，也可與單片機相結合，來實現相應的控制功能[1-2]。本設計中當發生報警時，可以通過控制繼電器的開關來執行相關元件或設備發生動作（控制小臺燈），其電路控制如圖2所示。

1.2 MQ-2煙霧傳感器

MQ-2氣體傳感器是一種常用的氣體檢測裝置，它對可燃性氣體、液化氣等敏感，在工業上常使用它對以上氣體進行監測。本傳感器用在家庭中使用也可對家人的安全提供一定的保護。其電路原理圖如圖3所示。

1.3 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是常用的溫度傳感器，它以較高的靈敏度在很多場合被使用，而它只占用一個I/O口也使它對單片機造成的負擔比較小。它可與多個相同芯片并聯使用，每一個芯片都有唯一的ID，18B20是一個單數據線通信芯片[3]，這種類型的芯片在通信的難度上主要會出現在時序方面，即它的讀寫過程都是通過它的I/O口實現。

圖3 煙霧傳感器電路圖

1.4 TC35模塊

Siemens 公司的 TC35 模塊是常用的通信模塊，在本次設計中主要使用它和單片機聯合開發，進而通過發短信來控制單片機，來實現繼電器的開關。其實物圖如圖4所示。

1.5 電源電路設計

GSM模塊啟動電流比較大，要達到1A以上，單片機設計的LM7805穩壓電路是帶不動的，需要采用專門的電源來給是TC35i供電。只需給單片機和1602提供5V穩壓電源就可以，在本系統中，采用了開關電源芯片，而LM7805完成從 12V 到 5V 的轉換，主要作為對單片機進行供電。其電源電路如圖5所示。

2 系統軟件設計

2.1 測溫顯示程序設計

1）溫度的測量。本設計采用DS18b20進行溫度的測量，它的地址線、數據線、數據的出入都是通過它的I/O口完成的，在進行實際的溫度編程應當注意它的時序問題，在溫度的測取和輸出的過程中應當進行恰當的延時，延時時間以480毫秒為基數，即延時時間不可以小于這個數值。其中，具體的操作數參照美信公司給出的芯片基數手冊。

圖4 TC35 GSM模塊

圖5 電源電路

2）顯示模塊。顯示模塊采用1602來實現，更具設計的使用要求，選擇顯示實時的室溫，以及室溫要求的上下界，并通過軟件的控制實現溫度的模擬調節。在顯示程序的設計中，應當注意的是1602的字符顯示的位置，以及對比度的調節。在程序編制時，就使用顯示模塊以及溫度讀取模塊函數。

2.2 TC35程序設計

1）短信息的預制。系統中報警短信息是提前預制好的，它跟一般的短信息有所不同。二者最大的區別就是短信息的內容不同。依據實際的需要，嚴格地說，要求信息的格式固定，而且組成應該有特殊性，不僅便于記憶、有提示性，還要簡單明了。且這種固定的格式要彼此關聯[4]。

2）短信發送程序設計。短信息的發送格式并不是像平時所發送的那樣隨意，短信格式必須符合在程序中的設定，以一定格式的英文發送，短信息收發中采用TEXT編碼模式。短信息的實現過程中，如果發送短信息，其主要工作是將發送的內容進行相應的編碼，其次將需要發送的信息、目標地址等信息按照TEXT的格式發送出去。如果是接收短信息，其主要工作就是將接收到的短信息內容進行解碼[5-6]，從TEXT格式短信中獲取SMS服務中心號碼、發送號碼、短信發送的時間等等。短信息發送流程圖如圖6所示。

3 結束語

隨著GSM網絡的各種增值服務的不斷更新，基于GSM網絡的遠程控制系統必然能與移動通信技術的發展同步，因而具有廣闊的前景。但它的速度比較慢，適合遠程監控中心站的管理。隨著整個通信網絡的發展越來越完善，功能越來越強大。隨著物聯網時代的到來，各種智能家居系統的普及，基于GSM網絡的各種應用也必將隨之一起發展，一起完善。進入物聯網時代，人與人之間、人與物之間、物與物之間的聯系將會相當的緊密、頻繁，世間萬物都可以觸控，屆時真正進入地球村時代。

圖6 短信息發送流程圖