智能家居远程监控系统

一种基于一种基于 SMSSMS 的智能家居远程监控系统的智能家居远程监控系统 1 1 关键字 关键字 SMSSMS 智能家居智能家居 远程监控系统远程监控系统 1 引言 随着生活节奏的加快 生活水平的提高 人们对现代家居的安全性 智能性 舒适性和便 捷性提出了更高的要求 智能家居控制系统就是适应这种需求而出现的新事物 正朝着智 能化 远程化 小型化 低成本等方向发展 如今手机已经十分普及 如何让普通百姓只 需要增加少量投入便可以通过手机远程遥控自己家中的电器设备 远程查看设备或安防系 统状况 同时 一旦家中发生煤气泄露 火灾 被盗等安全事故时能够立即获知警报 及 时处理 为此本文提出了一种基于 SMS 和 Atmega128 的智能家居远程监控系统 2 系统结构及工作原理 本文所设计的智能家居远程监控系统由 CP U 模块 短信收发模块 电源模块 时钟模块 LCD 显示模块 键盘模块 驱动模块 无线收发模块 检测模块等模块组成 如图 1 所示 系统的工作原理如下 用户通过手机将控制或查询命令以短信的形式通过 GSM 网发送到短 信收发模块 CPU 再通过串口将短信读入内存 然后对命令分析处理后作出响应 控制相 应电器的开通或关断 实现了家电的远程控制 CPU 定时检测烟感传感器 CO 传感器 门 禁系统的信号 一旦家中发生煤气泄露 火灾 被盗等险情时 系统立即切断电源 蜂鸣 器警报并向指定的手机发送报警短信 实现了家居的远程监视 为了达到更人性化的设计 当用户在家时可通过手持无线遥控器控制各个家电的通断 通过自带的小键盘设定授权手 机号码 权限和设定系统的精确时间等参数 LCD 用来实时显示各电器状态和各个传感器 的状态 图 1 系统结构框图 3 硬件系统设计 CPU 选用 Atmega128 单片机 它是基于 AVR RISC 结构的 8 位低功耗 CMOS 微处理器 具 有性价比高 功耗小 可靠性高等特点 短信收发模块选择厦门桑荣公司的 Saro310 GSM Modem 传感器选择香港嘉永公司的 SS 168 烟感探测报警器 HD 111 家用 CO 探测报警器 它们在检测到危险信号时输出开关量信号 能及时准确地向 CPU 发出报警信号 LCD 显示 模块选用 LCD12864 带中文字符型液晶显示屏 它自带汉字字库 只用查询中文字库表便 能实现 LCD 的中文显示 占用 CPU 管脚少 只需三个管脚便能完成通讯和控制 图 2 系统主要模块原理图 键盘模块采用了一个 4 4 的小键盘 开关驱动模块实现弱电对强电的控制 因为本系 统中有较大功率电器 在启动时电流会较大 可能会达到 10A 因此采用了 2JB0 5 1 型固 态继电器 时钟模块选用 DS1302 时钟芯片 为 CPU 提供实时时钟 它采用串行数据传输 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能 并且可以关闭充电功能 编程简单 功耗小 无线收发模块选用超外差双向无线接收模块 JL RT01A 电源模块由插头引入 220V 交流电源 经过 220V 36V 12V 变压器降压 整流桥整流 二级电容滤波 三端稳压芯片 7 8 L 0 5 和 78L24 稳压后 分别为核心板和接口驱动模块提供 5V 和 24V 供电 图 3 主程序流程图 4 软件系统设计 Atmega 128 芯片集成的指令功能丰富 内存等资源也都比较丰富 为了提高编程效率 代码的可读性 可移植性和可维护性 本系统使用 C 语言开发系统软件 4 1 主程序流程 系统上电后 首先初始化各底层硬件 包括 LCD 设备 串口参数等 和系统 I O 然后 并通过 RS 2 3 2 端口向短信模块发送 AT E 命令查询短信模块是否正常工作 若收到应 答后 则顺序发送 A T CMG F A T C NM I AT CSCA 等 AT 命令 可参考 AT 命令集 设置或获取相关参数 完成短信预处理 然后进入循环等待状态 定时查询短 信模块是否收到新短信 检测各个传感器的信号输入以及键盘操作等 若查询到有新短信 则判断它是否来自授权手机 若是 核查该手机号码的权限后 对该短信进行分析 根据具体命令 见表 1 3 作出响应 一旦检测到烟感 CO 传感等传感器有异常 则立 即切断主要电器的电源 输出报警信号并向指定手机发送短信 4 2 GSM 短信息设计 4 2 1 短信收发模式选择 Saro 310 GSM Modem 模块使用 AT 命令集控制短信的收发 它支持 TEXT 和 PDU 两种短信 收发模式 前者不支持非 ASCII 码字符 不能收发中文短信 而后者支持多种不同的编码格式 因 此在本系统采用 PDU 模式来收发短信息 手机中文字显示使用国标码 在 CPU 中需要先将 U C S 2 编码转换为国标码以便于输出 UCS2 编码与国标码之间转换不能依靠算法完成 只能通过查表来实现转换 4 2 2 短信命令格式 控制协议 短信命令分为传感器查询命令 基本控制命令 高级管理命令 各种命令格式和说明分别 如表 1 表 2 和表 3 所示 表 1 传感器查询命令 表 2 基本控制命令 表 3 高级管理命令 例如 执行打开电灯的命令 uint8 ExecuteSMS Cmd void 执行命令 case SMS DD RELAY PORT BIT RELAY DD 打开电灯 DvcSt t 0 x02 break 电灯的命令代码为 0000 0010B 短信命令以 U n i c o d e 码的形式存储在数据缓冲区中 4 2 3 短信命令解析 当系统接收到短信命令后 按顺序从传感器查询 基本命令 高级管理命令匹配扫描 扫 描代码如下 wh i l e i 短信中心号码 uint8 FirstOctet 3 uint8 TP MR 3 消息参考值 uint8 RecvPhoneNo 19 对方号码字段 ui n t8 TP PID 3 协议标识 ui nt8 TP DCS 3 编码方式 uin t8 TP VP 3 有效期 uint8 TP UDL 3 用户数据长度 uint8 TP UD 255 消息内容 SHORTMESSAGE 系统上电时 先执行短信息预处理 将信息结构中的常量赋值并存入 Flash 中 要发送短 信时再将信息结构补充完整 发送过程是 1 向短信模块发送 AT CMGS 命令 2 短信模块回应后 发送短信息结构串 3 等待发送完成 4 2 5 短信安全设计 为了提高系统的安全性 本系统设置了授权号码库 只有在授权号码库中的授权手机对系 统发送的命令才是有效的 当系统接收到一条新短信时 先判断号码是否包含在授权号码 库中 如短信来自非授权手机则将此信息删除 执行完授权号码发送的命令后 系统再通 过短信模块向用户发送命令执行情况的信息 授权号码库是可以修改的 管理号码的手机 可以发送短信命令将陌生号码加入到授权号码库中或删除授权号码 也可以通过键盘添加 删除授权号码 5 实物测试 该系统的实物测试结果如图 4 所示 通过授权手机向系统发送短信 打开电灯 系统完 成短信命令的解析 打开电灯后 在 LCD 显示当