智能家居设计报告.doc

创兴杯设计论文设计题目：基于GSM的智能家居控制系统小组成员：邢跃飞（电子1004班）李 盖（电子1001班）任艳珍（电子1004班）指导老师：孟德军基于GSM的智能家居控制系统完成人：邢跃飞（组长，电子1004）；李盖（电子1001）；任艳珍（电子1004）摘要：本文以三个STC89C52单片机为核心，实现基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统，室内温湿度的采集，光控窗帘，手机控制家电等。本系统由三个模块组成，分别由三个单片机控制。第一部分是门禁模块，打开时需要输入密码；第二部分是室内检测与控制；第三部分是手机控制家电。经过多次测试，各个模块工作正常，能够很好地实现预期功能。该系统采用现有电话网络结合射频无线通信技术和单片机网络控制技术具有自动化程度高、适用性强、电路设计可靠等优点一般家庭都能接受。 关键词：智能家居 GSM 51单片机 智能控制 可靠 适用性强1 设计任务（本作品实现基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统，室内温湿度的采集，光控窗帘，手机控制家电等。各模块原理框图如下:模块1：门禁模块 模块2：温湿度采集模块模块3 手机控制家电模块2 总体设计本作品实现基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统，室内温湿度的采集，光控窗帘，手机控制家电等。2.1 门禁模块该模块通过输入正确密码才能进入系统，开门或者设置其他功能，如果密码输入错误次数超过三次，系统自锁并向户主发送提示信息，然后只有户主向系统发送短信才能够解锁。此外，该模块还可以实现光电防盗功能，当检测到设定范围内有人活动时，系统会立刻向户主发送短信告知。2.2 室内监测模块该模块负责实时监测室内温度和可燃气体，并将相应的信息显示到12864液晶显示器上，当室内可燃气体浓度超过阈值时，系统报警并向户主发送短信通知户主；该模块还可以实现通过检测室外光线强度来自动控制窗帘的开和关，并可以通过单片机的中断手动控制窗帘的开和关，从而实现灵活控制。2.3 手机控制家电模块该模块实现用手机控制家电，户主在回家之前如果要提前打开家用电器（如热水器、空调等），可以向系统发送短信打开相应的电器。3 电路设计3.1 门禁模块电路设计该模块用矩阵键盘作为输入模块，矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。用户只有在输入正确密码才能进入系统，开门或者设置其他功能，电路图如下：图2 门禁系统操作键盘 图3 单片机最小系统 12864液晶显示接口电路3.2 室内检测模块设计该模块负责实时监测室内温度和湿度和可燃气体，并将相应的信息显示到12864液晶显示器上。室内设计了一个光控窗帘具有自动和手动切换功能，大大方便了用户的生活。电路图如下： 图4 温湿度检测电路 图5光敏电路 图6步进电机电路3.3 手机控制家电模块电路设计该模块实现用手机控制家电，户主在回家之前如果要提前打开家用电器（如热水器、空调等），可以向系统发送短信打开相应的电器。并且在门禁模块自锁时通过短信控制继电器是该模块复位自锁解除。电路图如下：图7 手机控制家电模块电路3.4 GSM接口电路设计GSM模块主要采用SIEMENS公司的TC35模块，通过串口接入电路与单片机控制模块相连，主要负责实现远距离报警的功能。TC35模块是SIEMENS公司为嵌入式设备设计的GSM双频通讯核心模块，如图6所示。TC35T内含TC35/SIM卡座/电源/天线/RS232接口，是可独立使用的通讯终端。TC35支持标准的AT命令集，通过AT指令可实现发送短信功能。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。单片机通过串口与GSM模块连接通信，电路图如下：图8 GSM 与单片机通信电路4软件设计4.1 门禁系统该系统主要实现的功能是：输入密码，密码正确则进入系统。当输入密码错误次数小于3次时，可以重新输入。当错误次数达到3次，系统便进入自锁状态并通过GSM发送短信通知用户。成功进入系统后可以选择不同的功能：开门、修改系统密码和开启报警系统。选择开门功能。则开门的指示灯会亮。选择修改系统密码功能，则按照系统指引输入旧密码、新密码和重复新密码。若输入的密码都正确，则修改密码成功。若输入的密码错误，则需要重新输入，当错误次数达到3次时，系统也会进入自锁状态和通过GSM发送短信通知用户。选择开启报警功能，烟雾传感器和红外热释能传感器便开始工作，一旦检测到信号，报警音响并通过GSM发送短信通知用户。若需要关闭报警功能，只要按关闭报警的按键，并正确输入密码后，报警功能就会关闭。主程序流程图如图所示：4.2可燃气体检测模块 烟雾传感器MQ-2不停地检测室内的可燃气体的浓度，当其值超过警戒值时，该模块传到单片机模块上的信号变成低电平，单片机检测到此端口电平变化时，就会通过GSM模块给主人发短信告知。流程图如下：4.3存储器模块软件设计在本系统中，AT24C02的存储功能主要是通过I2C总线来实现串行读写，其流程图如图9所示。I2C总线在写入和读取一个8位二进制数时，总是高位在前低位在后。在读函数_24C02Read(unsigned char l_address)中，先向I2C总线发出读取24C02的写地址，在完成I2C串口协议后，写入24C02的读地址，再读取存储器对应位置的数据。在写函数_24C02Write(unsigned char dat，unsigned char l_address)中，先向总线发出写24C02的地址，在完成I2C串口协议后，写入24C02的写地址，然后写入数据。 图9 AT24C02读写流程图4.4 GSM模块在本系统中，GSM模块软件设计是通过串口发送AT指令给GSM模块来实现发送短信的功能，其流程图如图19所示。首先串口发送字符串“AT+CMGF=0rn”给GSM模块，设置短信为PDU模式；然后发送“AT+CMGS=36rn”，；接着将待发送PDU码短信的内容发给GSM模块；最后发送十六进制的0x1A（回车）确认发送，这样就能通过GSM模块最终实现报警通知用户的功能。 图10 GSM模块流程图 5、测试及结果 （1）门禁模块测试结果给改模块上电之后，模块显示正常，输入正确的密码显示“密码通过” 更改密码成功，当输入错误密码时，开始发出蜂鸣声报警，当超过3次时，该模块自锁并向主人号码（预设号码）发送短信。经过多次测试，偶尔出现了发送不成功的现象，总体电路改模块工作正常，（2）防盗模块测试给光电防盗模块上电以后，用手遮挡模拟人体进入窗户，经过多次测试该模块能成功报警并向主人发送短信进行告知，如下图（3）手机控制家电模块测试 给改模块上电之后，通过多次发短信开启模拟家电（继电器和发光二极管），该模块比较稳定，测试过程中之后在max232出现故障的时候出现了发送不成功现象。6、总结该设计在一定程度上解决了传统机械式防盗的弊端，利用高科技将防盗报警智能化、自动化，可以减少和避免户主的损失。由于该系统主要利用现代移动通信网络作为承载，不需要考虑布线等因素，减少了环境因素对系统的影响，提高了该系统的可移动性。由于时间的关系等因素，该设计还存在一些不足的地方。例如，该设计存在不够人性化的地方，可通过添加实时时钟芯片增加时间功能，并在此基础上加入自动开启和关闭系统的功能以及各模块间的无线通信等等。除