基于GSM技術的智能家居遠程監控系統的設計

浙江工業職業技術學院 李 博

1.前言

智能家居是以住宅為平臺，兼備建筑、通信、自動化、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統及三表抄送等）連接到一起，提供家居環境可編程定時控制等多種功能。與傳統的普通家居相比，生活的便利性與舒適性得到了極大提升[1]。

本文研究了基于GSM技術的家庭遠程監控系統，采用單片機作為中央處理器，以GSM短信息的方式進行無線通信，實現對智能家居設備的遠程監控，可以接收家庭防盜、消防、門禁等探測器的報警信息，并能遠程控制空調及熱水器等家電的工作狀態。鑒于現有移動通信網絡技術成熟、覆蓋面廣，所以基于GSM技術的智能家居遠程監控系統具有方便、快捷、高效和高性價比的優點[2]。

2.方案設計

整個智能家居遠程監控系統由單片機主控模塊和各功能子模塊構成。單片機通過GSM通信模塊接收用戶手機發送的短信息，根據短信息的內容控制各子功能模塊，同時單片機通過GSM通信模塊將家居系統的狀態信息以短信息形式發送給用戶手機。基于GSM技術的智能家居遠程監控系統整體結構框圖如圖1所示。

本系統無線通信部分擬采用GPRS M22模塊，該模塊可以在900Hz和1800Hz兩種頻段工作，能提供寬帶的GSM應用，能進行語音和數據的傳輸。用戶可以利用標準的AT命令來控制模塊，實現單片機與手機用戶之間的短信息的收發通信。

主控模塊采用AT89C51單片機，依照協議與GPRS M22模塊進行通信，進行短信息的收發。單片機接收并解釋短信息指令，對系統內的各功能子模塊進行控制。例如，防盜報警模塊將紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器的報警信號采集到單片機；消防報警模塊將煙感探測器、感溫探測器、燃氣探測器的報警信號采集到單片機；門禁控制模塊將門磁信號反饋回單片機，并接收單片機解釋的短消息的門禁管理命令，如開鎖信號等；空調控制器模塊接收單片機解釋的關于空調管理的短消息命令，如開機、關機、加熱、制冷、設定目標溫度值等，并將環境溫度值實時地反饋回單片機；熱水器控制器模塊接收單片機解釋的關于熱水器管理的短消息命令，如開機、關機、加熱、設定目標溫度值、設定目標水位值、上水等，并將水溫度值和水位值實時地反饋回單片機。

3.硬件設計

GSM短信息模塊接收信息后，需由AT89C51來解釋，進而去執行相應的命令，因此GSM短信息模塊需與AT89C51進行數據通信。AT89C51具有較強的串口通信能力，故采用串口實現與短信息模塊進行數據傳輸。由于GSM串口與單片機的邏輯電平不一致，因此在實際應用時，必須把微處理器的信號電平轉換為RS232電平，本課題采用MAX232電平轉換芯片實現。電路圖如圖2所示。

防盜報警模塊采用紅外對射探測器、紅外幕簾探測器、玻璃破碎探測器作為前端探測器，消防報警模塊采用煙感探測器、感溫探測器、燃氣探測器作為前端探測器。由于AT89C51的I/O端口數量有限，故采用將各個探測器進行級聯合并為一個“防區”的形式。“常閉”觸點探測器通過串聯連接，“常開”觸點探測器通過并聯連接，當其中某個探測器被觸發，單片機將收到報警信號。所有同類探測器都處于同一“防區”，而“防區”是處理器能區別報警信息的最小區域單位，所以本系統可劃分為防盜防區、消防防區及門禁防區。

空調與熱水器控制器采用溫度采集電路采集環境溫度及即時水溫，通過溫度傳感器檢測環境溫度信號，再經A/D轉換后，將數字信號送入到單片機中進行數據處理。用戶遠程控制命令及數據采集結果經過控制算法運算得出控制命令，通過單片機的輸出I/O口及光電隔離電路，控制繼電器的閉合，從而實現對空氣溫度及水溫的調節[3]。為了降低系統內供電電源波動的影響，使轉換精度更高，采用可調分流基準源TL431構成穩壓電路，為ADC0809的+REF端提供精準的+5V基準電壓。溫度采集與轉換電路如圖3所示。水位控制電路則采用水位傳感器進行數據采集工作。

4.軟件設計

單片機與GPRS M22模塊的通信采用串行工作方式1，數據格式為10位。其中，第1位為起始位，然后是8位數據，然后是1個停止位。其波特率的值取決于定時器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值[4]。為節省處理器資源，單片機采用中斷方式讀取短信息，從而保證其他功能模塊的執行。

單片機作為整個系統的控制核心，承載著短信息的接收、解釋、發送以及向各子功能模塊發送控制命令等功能，其中單片機與GPRS M22模塊的通信是本文設計的重點。GSM通信的流程圖如圖4所示。

以下為部分AT指令的定義。

5.結論

本文建立一個基于GSM短信息的家居智能化遙控檢測系統，實現對家庭設備、家居環境的監控，用戶可以使用通用移動通信設備，遠程監控家庭安全防范狀況、消防報警信息、門禁出入口狀況，并能按照用戶意愿實時地遠程遙控調節空調、熱水器等設備的工作。采用GSM技術的智能家居遠程監控系統基于目前覆蓋廣、信號好、技術成熟的移動通信網絡，設備通用性好，設備改造投入成本低，具有廣闊的市場應用前景，并具有較好的社會效應及經濟效應。

[1]劉曉勝.智能小區與通信技術[M].北京:電子工業出版社,2006.

[2]沈兆,毛敏.利用短信息業務實現智能家居[J].微計算機信息,2006.22(1):22-25.

[3]M Kandler,Y Manoli,W Mokwa;E Spiegel,H Vogt.(1992).A miniature single-chip pressure and temperature sensor.Journal of Micromechanics and Microengineering.2(3).199.

[4]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].北京航天航空大學出版社,2007.