基于單片機的智能家居遠程控制系統的設計路徑

文/覃楨

（海南軟件職業技術學院 海南省瓊海市 571400）

受物聯網技術快速迭代和創新的影響，大眾開始注重更高品質的生活質量，所以對智能家居的需求被進一步擴大，那么圍繞大眾對智能家居的多樣化需求，設計能夠滿足消費者需求的智能家居控制系統極具現實意義。對智能家居系統而言，智能家居控制系統占據著核心關鍵的地位，借助控制系統能夠實現智能家居的各個功能模塊以及信息交互。本文研究表明，圍繞家居環境開展信息追蹤、安全防護以及實施監測，進而打造一體化的管理與服務單元，在物聯網加持下，智能家居產業在滿足消費者個性化需求以及實現功能集成化方面具有明顯 優勢，所以以此構建環保、節能以及安全的智能生態環境極具重要意義。

1 系統總體設計

本次設計將AT89S51 單片機作為系統處理器，借助GSM 模塊為系統與用戶之間的信息傳遞架設平臺，其系統主體定制功能的實現邏輯為將固定電話撥通時，會檢測大振鈴自動摘機產生的信息波動，這樣能夠發布具有針對性和可操作性的語音指示，此時用戶會按照提示鍵入特定指令向系統發送控制需求，系統接收到相關指令信息之后，主控芯片將利用 Wi-Fi 搜集全部傳感器采集到的信息，隨后借助語音或者短信的方式就信息推送給用戶，此外還能實現對相關控制終端進行調節與控制，使整個遠程控制智能化、數字化。一旦系統檢測出現任何形式的危險情況，例如火災以及燃氣泄漏，也會立即借助系統向安保系統輸出信息，通過系統聯動防止危害進一步擴大，如圖1 所示。

2 硬件系統設計

2.1 硬件系統設計總述

在硬件系統設計單元，該系統功能支持模塊主要由以下幾類組成，例如基于AT89S51 單片機的處理器、Wi-Fi 模塊以及GSM 通訊模塊等，另外還包含全部傳感器模塊和解碼電路，本文將具體闡述各個模塊的設計邏輯以及研發流程：

（1）將AT89S51 單片機作為該系統的中央處理器，在此基礎上增設外部器件，例如傳感器以及GSM 模塊，形成了最終的家庭網關硬件平臺。

（2）借助Wi-Fi 模塊，讓系統各個傳感器以及主控系統形成及時的通訊以及信息傳遞。

（3）借助傳感器實現對數據的實時監控，一旦傳感器檢測到部分指標出現波動，將會對數據進行反饋，并提交至主控。

圖1

（4）用戶與系統進行數據交互以及傳輸是借助GSM 模塊實現的，這是因為GSM 模塊內置了短消息以及電話功能，為智能家居進行遠程監控創造了條件，但系統檢測各項指標有所偏離時，則會由主控將相關信息推送給用戶。

（5）借助內嵌的語音播放模塊和控制GSM 模塊，能夠實現移動電話接聽以及信息播放，這是用戶交互的基本前提。

（6）借助MT8870 芯片實現 DTMF 解碼用戶實現指令的定向傳送，從而將信息匯聚在單片機中。

（7）借助系統設備實施系統調試，例如IBM-PC/XT 兼容機以及計算機 5V 穩壓電源，此外還需要ME-5103 單片機仿真機和SR8 雙蹤示波器的介入。

（8）圍繞全部功能模塊進行硬件選擇以及電路設計，同時對軟件編程進行調試，為實現遠程監控搭建了基礎功能框架。

2.2 Wi-Fi無線通信技術

現階段，智能家居通信方式較多，大多以有線連接為主，此類連接方式具有諸多局限性，例如布線麻煩以及擴展性弱等。在無線技術進步以及物聯網技術的驅動下，基于無線通訊技術的智能家居逐漸受到大眾任何和追捧，消費者逐步將智能家居系統作為其選購家居用品的首選。在新技術的應用背景下，新興智能家居通信方式開始取代傳統通訊方式，形成了以ZigBee 通信技術、Wi-Fi 技術以及Z-Wave 為主的全新通訊形式，需要注意的是，紅外通信技術也是其中的一項新興通訊技術，但是該技術類型具有明顯的技術局限性，比如通訊角度小以及傳輸距離短等，導致其在智能家居應用較少，而對于ZigBee 技術而言，該技術的優勢在于實現了近距離傳輸，同時在功耗以及成本方面都具有突出優勢，然而在實際遠程控制過程中，其傳輸速度以及距離受限也影響了其實際應用。而對于Wi-Fi 技術而言，該技術了類型滿足了智能家居遠程控制的多數需求，例如無線電波覆蓋范圍廣以及傳輸速度快等，能夠更加高效地串聯家居中的不同設備以及安防器材，能夠為使用者提供更加便利以及高效的使用場景，所以該研究將Wi-Fi 無限通信技術作為智能家居的通信方式。

2.3 GSM 通訊模塊

GSM 模塊與手機通訊模塊較為相似，其本質在于對電路板進行功能集成，使其具備手機若干功能，這是實現通話以及發送短信功能的基礎，也意味著該模塊具有與手機相似的功能。具體而言，此模塊已經能夠具備手機常用功能，因此具備了較強的應用拓展功能，如果需要對GSM 模塊進行操作和控制，應該運用 AT 指令，該模塊與RS232 串口實現了鏈接，也可以利用單片機來達到控制GSM 模塊的目的。本系統涉及到的GSM 模塊，其生產商為Siemens 公司，其主要構成單元包括如下模塊，例如GSM 基帶處理器、 ( ASIC) FLASH、GSM 射頻部分以及ZIF 連接器和供電部分等。短消息工作模式是GSM 模塊的一項重要功能單元，具有三種不同類型的設置模式，分別為BLOCK 模式、 TEXT 模式以及PDU模式，在PDU 模式下，通常是解決借助AT 命令來實現對重點短消息功能的控制與調節，相對于其他模式而言，PDU 模式具有便捷以及可操作性強的優勢，可以利用一條指令就可以對短信息進行編輯和處理，因此本次研究中所采取的工作模式為PDU 模式。

2.4 傳感器數據采集模塊

家居環境監測是實現遠程功能的重要基礎，需要利用利用測試以及篩選實現對相關功能的把握和確立，本次研究將部分傳感器作為研究對象，通過以下闡述詳細介紹每一類傳感器的工作原理。

（1）火焰傳感器 yl-38 該傳感器的靈敏度可以結合實際情況調節，對火焰光譜極為敏感，由于采用了標準雙面板，其外觀簡潔大方。小板數字量輸出DO 能夠對本板繼電器模塊產生直接驅動作用，可以形成簡單的火焰開關，小板模擬量輸出AO 能夠與AD 模塊直連，利用AD 進行轉化和控制，這樣能夠讓環境溫度控制更加準確。

（2）溫濕度傳感器 DHT11 DHT11 DHT11 數字溫濕度傳感器擁有諸多優勢，例如相對濕度和溫度測量、數字輸出以及不借助外部部件等，另外，此傳感器還在能耗以及長距離傳輸方面具有突出優勢，因此其在暖通空調、數據記錄器、測試設備、氣象站以及濕度調節器方面應用較廣，另外在醫療以及除濕器等方面的應用也較為普遍。

（3）煙霧傳感器 MQ-2 該檢測儀器或者設備主要面向家庭以及工廠場景下的氣體泄漏檢測，無論是液化氣、丙烷還是煙霧，其檢測效果較為明顯，這一設備也具有靈感度可調的特征，其工作電壓為5V，啟動裝置前，需要給予 2min 左右的預熱時間，一旦檢測氣體濃度高于設定閾值，模塊數字接口D0 輸出將變為低電平，此時電壓也會伴隨濃度的增加而提升，小板數字量輸出D0 能夠與單片機直連，所以可以利用單片機對高低電平進行檢測和確認，這是檢測環境氣體的基本運行邏輯。

圖2

（4）紅外傳感器 HC-SR501 該裝置具有全自動感應功能，指的是人體進入特定范圍后，其變為高電平輸出，而當人體離開這一范圍之后，則利用自動延時逐漸關閉高電平，轉為低電平輸出，對于感應模塊而言，其會在每一次輸出后進入封鎖時間段，在此區間內并不能收到其他任何感應新號，這是實現“感應輸出時間”以及“封鎖時間”的前提，因此在進行間隔探測時，該設備的應用較為廣泛，另外，這功能還能降低負載切換時的外部干擾，并產生的功耗較低，同時人體無論從從左到右還是右到左走，紅外光譜到達雙元在時間和距離上都具有明顯不同，差值越明顯意味著其靈敏度越高。

3 軟件系統設計

本系統的軟件系統邏輯如圖2 所示。

4 結束語

綜上所述，在物聯網技術驅動下，智能家居已經成為家居發展的新趨勢，基于單片機建立的控制系統具有顯著的實用性和可靠性，在智能化趨勢的背景下，能夠最大程度滿足大眾對智能家居遠程控制的需求，對于提升整個智能家居使用體驗具有重要意義。