基于GSM技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

李翔宇 韓曉東 尹振一

摘要：本文介紹了一種基于GSM短信發(fā)送技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的工作原理以及主要功能。該智能家居系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為核心控制板，通過各種傳感器對室內(nèi)的溫度、煙霧濃度、有無人員進(jìn)出等信息進(jìn)行采集，利用GSM短信發(fā)送功能，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)信息的讀取和遠(yuǎn)程操作。實(shí)踐研究表明此系統(tǒng)安全性高，成本低，符合市場的需求。

關(guān)鍵詞：GSM技術(shù);STC89C52單片機(jī);信息讀取;遠(yuǎn)程操作

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居已走進(jìn)千家萬戶，如何建立一個(gè)高效、安全、低成本、可靠的智能家居系統(tǒng)已成為社會關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。GSM系統(tǒng)可以透過蜂窩基站的覆蓋面，很容易實(shí)現(xiàn)點(diǎn)與點(diǎn)之間的信息傳輸，并且通過GSM系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)具有較好的加密性。本系統(tǒng)正是通過GSM信息傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)信息反饋以及遠(yuǎn)程控制的功能。

1 硬件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)根據(jù)DS18B20溫度傳感器、紅外傳感器、MQ-2煙霧傳感器將采集到的信息，通過GSM技術(shù)[1]發(fā)送到用戶手機(jī)，用戶可以實(shí)時(shí)查看室內(nèi)有關(guān)信息。此智能家居系統(tǒng)還具備智能控制功能，當(dāng)感應(yīng)到有外人進(jìn)入時(shí)，用戶就會收到短信提示有外人闖入并且室內(nèi)的報(bào)警裝置啟動;當(dāng)檢測到室內(nèi)有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，自動開啟水泵以及風(fēng)扇裝置進(jìn)行排除氣體。此外，用戶可以通過手機(jī)終端，對室內(nèi)系統(tǒng)的裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此智能家居系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊可以高效、可靠的進(jìn)行工作。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.1終端傳感器

DS18B20溫度傳感器用來檢測室內(nèi)的溫度，將檢測到的溫度信息傳送給單片機(jī)[2]。DS18B20傳感器采用單總線的接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。該溫度傳感器經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。

紅外傳感器用來檢測室內(nèi)是否有外人闖入。此系統(tǒng)選用紅外熱釋電傳感器，它是一款基于熱釋電效應(yīng)的人體熱釋運(yùn)動傳感器，能檢測到人體或動物身上發(fā)出的紅外線，配合菲涅爾透鏡能使傳感器探測范圍更遠(yuǎn)更廣。當(dāng)有人進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時(shí)，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人如果不離開感應(yīng)范圍，將持續(xù)輸出高電平;人離開后，自動關(guān)閉負(fù)載。

MQ-2煙霧傳感器負(fù)責(zé)檢測室內(nèi)的煙霧濃度，煙霧濃度會轉(zhuǎn)化為傳感器內(nèi)的電壓值，單片機(jī)通過采集到的電壓值進(jìn)行相關(guān)操作。MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢壘受到煙霧的變化，就會引起表面導(dǎo)電率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，導(dǎo)電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。煙霧傳感器電路原理如圖2所示。

1.2報(bào)警模塊

智能家居系統(tǒng)采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。蜂鳴器分為線圈式、壓電陶瓷式，此系統(tǒng)采用線圈式的蜂鳴器，此蜂鳴器體積小、裝置內(nèi)的電流小、具有較好的安全可靠性。當(dāng)檢測到有外人闖入時(shí)，單片機(jī)控制I/O口上的高低電平，讓蜂鳴器內(nèi)的三極管電路工作，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲即為報(bào)警裝置啟動。

1.3GSM信息傳輸模塊

GSM模塊是一個(gè)類似于手機(jī)的通訊模塊，集成了手機(jī)的若干功能于一塊電路板上，可以發(fā)送短消息[3]，通話等等。單片機(jī)需要通過特定的指令來控制GSM模塊進(jìn)行信息的發(fā)送及反饋。GSM模塊具有體積微小、成本低的特點(diǎn)，基于以上特點(diǎn)GSM模塊適合智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此智能家居系統(tǒng)[4]軟件部分包括智能控制設(shè)計(jì)和信息傳輸設(shè)計(jì)，具體流程如圖3所示。

2.1 智能控制設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)具有自動報(bào)警、自動去除氣體以及滅除火情的功能。紅外傳感器檢測室內(nèi)是否有外人闖入，如果有將高電平傳送給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收紅外傳感器的I/O口檢測到高電平時(shí)，編寫程序?qū)⒎澍Q器的I/O口輸出高電平，即報(bào)警裝置啟動實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警的功能。

自動去除氣體以及滅除火情軟件設(shè)計(jì)，首先MQ-2煙霧傳感器檢測室內(nèi)的煙霧濃度，單片機(jī)采集煙霧濃度傳感器的電壓值，編程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的濃度范圍，當(dāng)超過此濃度范圍時(shí)，設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)風(fēng)扇以及抽水泵系統(tǒng)的工作，從而實(shí)現(xiàn)去除有害氣體以及滅火的功能。

2.2 信息傳輸設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用GSM模塊實(shí)現(xiàn)信息傳輸，GSM模塊[5]收發(fā)短信時(shí)，分為兩種模式分別為text模式和PDU模式，如果只需要發(fā)送英文內(nèi)容，則需要設(shè)置為text模式，如果發(fā)送中文內(nèi)容，則必須設(shè)置為PDU模式。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C程序進(jìn)行編寫，系統(tǒng)首先對單片機(jī)以及GSM模塊進(jìn)行初始化，STC89C52單片機(jī)不斷檢測傳感器的I/O口，當(dāng)檢測到傳感器發(fā)生電平變化時(shí)，進(jìn)入中斷系統(tǒng)，中斷子程序負(fù)責(zé)完成室內(nèi)相關(guān)信息的短信發(fā)送工作。單片機(jī)需要通過串口發(fā)送一系列的AT指令給GSM模塊，GSM模塊依據(jù)發(fā)出的指令來進(jìn)行短信的收發(fā)和管理。

該系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程操作的功能，首先在單片機(jī)中設(shè)計(jì)好各條指令對應(yīng)開啟特定的I/O口來完成遠(yuǎn)程操作終端的功能，設(shè)計(jì)完成后用戶通過發(fā)送短信的方式來進(jìn)行風(fēng)扇、抽水泵以及報(bào)警器的開啟關(guān)閉。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)方案利用GSM信息通信技術(shù)[6]，實(shí)現(xiàn)了對室內(nèi)氣體、溫度、有無人員等信息的實(shí)時(shí)檢測以及遠(yuǎn)程操作功能。依據(jù)GSM模塊體積小的特點(diǎn)將其和單片機(jī)控制板集成在同一個(gè)線路板上，不僅節(jié)約了系統(tǒng)的整體成本，而且提高了各個(gè)模塊的通信效率。此外，該智能家居系統(tǒng)不僅可以用于普通居民住宅，而且還可以將裝置用于倉庫、廠房等需要安全監(jiān)控的地方，應(yīng)用前景非常廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉松，趙忠，孫學(xué)磊.基于GSM的遠(yuǎn)程家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測量技術(shù)，2009，32（1）：89-91

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[3]張俊.SMS短消息傳輸?shù)倪h(yuǎn)端控制技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，24（4）：610-611

[4]楊利平.基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程智能家居系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2009，25（4）：309-311

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[6]竇文君.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的接地線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2007