基于GMS網絡智能家居控制系統的設計與實現

李翠鳳+葉華杰+翁正國

摘 要：本課題使用單片機STC12C5A60S2為控件核心，GPRS為通信模塊，通過TCP/IP協議接入Internet。安卓用戶通過軟件界面借助Internet網絡傳輸數據到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。非安卓用戶可通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。本課題減少了控制器與家電設備之間的布線，通過控制器模塊內部引入天線發射信息到無線解碼終端，進而來控制家電對象，從而減少了布線，且無線解碼終端價格低，降低了工程的成本和人力。

關鍵詞：智能家居；GPRS；AT指令

1 緒論

智能家居控制系統可以定義為一個過程或者一個系統。利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統有機結合在一起。通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全，有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資本。

在我國，已建成的基本覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動技術信息網，在GSM短信服務的基礎上，智能家居控制系統是在移動網絡通訊技術的短信應用功能的技術運用，同時也是一種信息在移動網絡轉寄以及移動的過程。由于GSM網絡通訊系統在全國范圍實現了聯網以及漫游能力，所以它的網絡功能很強大，用戶無需另外搭建網絡，因此，在GSM網絡覆蓋率達到全國范圍的情況下，為客戶省下了昂貴的網絡搭建費用以及維護網絡費用。同時，它對用戶數量的限制也十分少，也為客戶克服了一般智能家居控制系統，系統成本高，維護艱難，并且網絡覆蓋范圍小以及用戶組數量少的缺點。和傳統網絡智能家居控制系統在網絡通信覆蓋率上具有較大的優勢，加之GSM本身就具有數據的輸送功能，這也促成了GSM應用在廣大生活中得到迅速普及。GSM網絡通信技術的提出大大的提升了智能家居控制系統的完善程度。

2 智能家居系統構成

利用GSM短信息系統進行無線通信還具有雙向數據傳輸功能，性能穩定，為遠程數據傳送和監控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。在此以GSM網絡作為數據無線傳輸網絡，它可以應用在銀行、儲蓄點機房監控、電信機房動力環境監控、通信行業遠端無人值守站機房監控和遠程維護及其他無人值守點監控及城市公用事業實時監控維護系統像煤氣調壓站、自來水、污水管網和熱力系統 、電力系統城市中電網等情況中。在此本系統采用了西門子公司新一代無線通信GSM模塊MC55，它設計小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統的設計。

本課題設計使用單片機STC12C5A60S2為控件核心，GPRS為通信模塊，通過TCP/IP協議接入Internet。安卓用戶通過軟件界面借助Internet網絡傳輸數據到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。非安卓用戶可通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。

本設計主要研究了基于GSM網絡通信的智能家居控制系統。功能上實現：

照明控制：對燈光進行開閉和調光控制，可指定任何一個開關的控制對象，并且根據不同的情景，作出相應的調整。

電器控制：智能家居控制系統的電器控制功能，能對家用電器進行全功能的控制或遠程控制。窗簾控制，根據光照、時間、室內燈光差等因素自動控制窗簾的開、閉或用遙控手動控制。在任何地方，安卓用戶通過軟件界面借助Internet網絡傳輸數據到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。非安卓用戶通過短信傳遞到控制器，由無線解碼終端解碼后實現對家電對象的控制。

安防報警：能對系統網內各電燈、電器的工作狀態以及室內溫度、濕度、火警、煤氣等室內環境進行檢測并做出警告，并能根據事先設定的應急處理程序自動做出反應，防止事態的進一步擴大。

3 智能家居硬件組成

智能家居硬件組成主要包括GPRS通信模塊、控制模塊、交流繼電器電路模塊、窗簾控制電路模塊、煙霧傳感器電路模塊、外接振蕩電路模塊、單片機的復位電路模塊等。下面簡單介紹下主要的幾個模塊。

GPRS通信模塊：GPRS通信模塊通過RS232串行口與智能家居控制器進行通信。主要功能為：與監控中心進行雙向數據通信，一方面實現用戶遠程控制，另一方面能及時發出報警信息。經過性能與成本的綜合考慮GPRS通信模塊設計采用了西門子公司生產的內嵌TCP/IP協議的MC55。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。GPRS通信終端收發模塊主要由MC55模塊、天線、SIM卡、相關的電平轉換電路和RS232串口組成。MC55收發模塊采用AT指令操作，通過RS232串行口進行數據通信。

控制模塊：單片機采用STC12C5A60S2為控件核心，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。

交流繼電器電路模塊：通過一端對單片機的連接，當單片機語言識別用發出的指令后，對繼電器進行激發，使得因一端長期供電，用開關激發后閉合，達到對家用電器給電的效果，已完成我們對智能家居控制系統的要求。

窗簾控制電路模塊：由于窗簾的開啟與關閉需要電動機得到一定的控制，直流電動機不易控制好所需轉動的圈數，而步進電動機能夠通過程序控制其所轉圈數精確到度。本設計采用5V步進馬達作為窗簾的控制器。ULN200作為步進馬達驅動芯片。

煙霧傳感器電路模塊：MQ-2檢測室內煙霧濃度的變化而引起阻值的變化，從而引起NPN基極電壓的變化，再經過NPN放大電路進行放大傳送至單片機進行控制。

4 系統的軟件設計

主程序主要是根據各種標志量進行判斷，然后對矩陣鍵盤掃描、串口數據監測、煤氣泄漏的采集數據等子程序進行調試并完成相應顯示數據的刷新。

主控制模塊主要實現與GSM模塊和各終端控制模塊無線通訊，其軟件設計主要包括初始化、用戶信息的設置和存儲、信息的發送與接收、終端狀態的監測報警等過程。單片機通過串行口控制信息的發送與接收，為了更好地反映家居環境狀態，系統采用定量信息向用戶反饋。定量信息的編寫包括對實時溫濕度數據進行編碼。用戶信息指令的接收包括設置新短信提醒、有效信息的篩選、信息模式的設定和指令的解讀。

5 結束語

基于GMS網絡智能家居控制系統，方便使用者對家庭的遠程智能控制，采用手機終端進行遠程控制。該技術使用高于第二代通信技術（GSM）的GPRS手段進行遠程智能控制，通過控制器模塊內部引入天線發射信息到無線解碼終端，并實現與家庭信息與安全的交互，實現家居物聯網。

參考文獻

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