基于GPRS智能家居控制終端節(jié)點的設計

李業(yè)謙

【摘要】該文采用STC89C52單片機作為中央處理芯片、GTM900B、光耦開關等模塊構件了智能家居控制終端節(jié)點。通過RXD和TXD端口連接接上GTM900B DTU，單片機通過發(fā)送AT指令向GTM900B DTU模塊定時讀取智能家居終端節(jié)點信息。采用收數(shù)據(jù)與單片機內(nèi)設定的數(shù)據(jù)內(nèi)容匹配機制，實現(xiàn)用戶直接遠程控制家居，在識別信號后單片機則控制端口控制光耦合器來控制LED燈的開和關，在實際使用中可以用繼電器來控制代替光耦合器，來控制大功率電器。最后，通過測試實驗驗證，該文提出智能家居方案的可行性。

【關鍵詞】STC89C52;智能家居;匹配機制

引言

智能家居（Intelligent Home）是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒆詣踊悄芑谝惑w的高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境[1，2]。隨著科技的提高，經(jīng)濟的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對家居環(huán)境的要求也越來越高，所以作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。家居智能化控制的開發(fā)和建設是未來國家、經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢。智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日常活動節(jié)約不必要的能耗。而且在現(xiàn)在這個注重綠色環(huán)保的世界里，智能家居為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住[3，4]。

所以，開發(fā)智能家居系統(tǒng)具有重要意義，本文論述了基于GPRS技術和單片機系統(tǒng)實現(xiàn)家庭智能系統(tǒng)的遠程控制的方案，用戶可以通過短信方式，訪問家庭智能控制器。

1 智能家居硬件設計

1.1總體設計

本文以智能家電控制系統(tǒng)為研究對象，系統(tǒng)的總體設計思路是以STC系列單片機為核心[5，6]，采用了繼電器控制家用電器的通斷，以GPRS無線通信模塊（GPRS DTU）為基礎，基于AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構建一個遠程的智能家電控制系統(tǒng)，對家電進行控制，本設計以控制燈泡為例，實現(xiàn)了對燈泡的開關控制和狀態(tài)反饋。其中GPRS模塊接收用戶短信將數(shù)據(jù)傳送到單片機，單片機對數(shù)據(jù)進行處理并給出相應輸出，從而控制家用電器（比如電燈）的開關。之后通過單片機處理，由GPRS發(fā)送模塊發(fā)送回復短信。

圖1 ?電路設計概念框圖

圖1是電路設計概念框圖，系統(tǒng)的總體硬件設計主要包括幾個模塊，分別是單片機核心系統(tǒng)模塊、GTM900B DTU模塊、利用光耦開關控制LED燈模塊。對于STC89C52單片機核心系統(tǒng)模塊，它是系統(tǒng)主要的控制模塊，調(diào)節(jié)和控制著系統(tǒng)的各個模塊，共同實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。單片機通過RXD和TXD端口與GTM900B DTU模塊進行通信，通過識別短信的內(nèi)容控制光耦開關，來控制LED燈的亮滅，光耦開關主要通過P0口來控制。

1.2單片機最小系統(tǒng)

如圖2所示為系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)，所謂單片機的最小系統(tǒng)是指單片機運行工作起來，所必須的最基本的電路組成，它由時鐘電路、復位電路和電源電路組成。它的外圍器件非常少，電路的建立簡單因此其成本低。

圖2 ?單片機最小系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)采用的是自動上電復位方式由C2（10uF）和R2（10K）組成，該方式通常指，上電后，通過RC電路充電實現(xiàn)的。根據(jù)電容從零狀態(tài)開始充電，電容兩端的電壓公式

（1）

其中， 。可以得知，

（2）

根據(jù)COMS電平標準，只要 從零電壓充電到0.55V的時間大于5ms即可完成上電自動復位。這樣就可以算出

，（3）

中值的大小。通常選擇R1=1～10KΩ，C=10～30μF。

1.3 GPRS DTU模塊簡介

GPRS DTU全稱GPRS數(shù)據(jù)終端單元，在軟件設計上，它封裝了協(xié)議棧，并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，硬件上可看作是嵌入式PC加無線接入部分的結合。目前國內(nèi)實際上對GPRS DTU有更加明確的約定：GPRS DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡進行傳送的GPRS無線設備。如圖3 是GTM900B模塊的實物圖。

圖3 ?GTM900B實物圖

2系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計包括以下幾個部分：GTM900B模塊初始化程序設計，即如何使得單片機與GTM900B模塊傳輸數(shù)據(jù);短信讀取識別程序設計，即使單片機能夠發(fā)送命令讀取GTM900B收到的短信，并且能夠識別短信內(nèi)容并判斷并執(zhí)行相應命令;光耦開關控制電路程序設計，即使得單片機能夠控制光耦開關的開啟和閉合。如圖 4是軟件流程圖。

圖4 ?軟件流程圖

3 系統(tǒng)測試

全部元件安裝完成后，將電路板放置好，當GTM900B模塊的調(diào)試都正常后，便可以進行測試，將用手機發(fā)出短信，看是否控制LED燈的亮滅：首先將模塊準備好后，手機發(fā)短信給GTM900B模塊，短信內(nèi)容為“K1”，在等了幾十秒后，可以看到串口通信助手從GTM900B模塊上接收到了如圖5所示的數(shù)據(jù)，說明已經(jīng)接收到了短信，并且光耦合器控制的LED燈亮了，說明模塊收到短信并完成命令，接著執(zhí)行發(fā)回復短信的命令。

圖5? GTM900B收到短信后串口輸出圖

當手機就會收到完成命令的短信“Command completed successfully”，如圖6所示，說明該模塊已經(jīng)正常完成所有功能，則智能家居節(jié)點測試成功。

4 小結

本文以智能家居控制系統(tǒng)為研究對象，應用PC+單片機方式，GPRS無線通信模塊為基礎，基于AT指令和單片機構建一個遠程的智能家電控制系統(tǒng)，對智能家電進行控制。實現(xiàn)了智能家電的實時控制，具有操作簡單，控制安全可靠，易維護等特點。

圖6 手機短信內(nèi)容圖

參考文獻：

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[6]李建波. 基于STC89C52單片機的電子密碼鎖[J]. 現(xiàn)代電子技術，2008，23：154-156.