基于GSM技术的智能家居远程监控系统的设计

基于GSM技术的智能家居远程监控系统的设计【摘要】研究基于GSM（全球移动通信系统）技术构建智能家居远程监控系统的方法，着重讨论GPRSM22通信模块及报警控制模块的硬件设计方法，讨论基于AT命令的单片机与GSM通信模块的通信软件程序的设计，构建基于GSM网络的远程智能家居设备与用户移动设备的通信系统。【关键词】智能家居；全球移动通信系统；远程监控1.前言智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、通信、自动化、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统及三表抄送等）连接到一起，提供家居环境可编程定时控制等多种功能。与传统的普通家居相比，生活的便利性与舒适性得到了极大提升1。本文研究了基于GSM技术的家庭远程监控系统，采用单片机作为中央处理器，以GSM短信息的方式进行无线通信，实现对智能家居设备的远程监控，可以接收家庭防盗、消防、门禁等探测器的报警信息，并能远程控制空调及热水器等家电的工作状态。鉴于现有移动通信网络技术成熟、覆盖面广，所以基于GSM技术的智能家居远程监控系统具有方便、快捷、高效和高性价比的优点2。2.方案设计整个智能家居远程监控系统由单片机主控模块和各功能子模块构成。单片机通过GSM通信模块接收用户手机发送的短信息，根据短信息的内容控制各子功能模块，同时单片机通过GSM通信模块将家居系统的状态信息以短信息形式发送给用户手机。基于GSM技术的智能家居远程监控系统整体结构框图如图1所示。本系统无线通信部分拟采用GPRSM22模块，该模块可以在900Hz和1800Hz两种频段工作，能提供宽带的GSM应用，能进行语音和数据的传输。用户可以利用标准的AT命令来控制模块，实现单片机与手机用户之间的短信息的收发通信。主控模块采用AT89C51单片机，依照协议与GPRSM22模块进行通信，进行短信息的收发。单片机接收并解释短信息指令，对系统内的各功能子模块进行控制。例如，防盗报警模块将红外对射探测器、红外幕帘探测器、玻璃破碎探测器的报警信号采集到单片机；消防报警模块将烟感探测器、感温探测器、燃气探测器的报警信号采集到单片机；门禁控制模块将门磁信号反馈回单片机，并接收单片机解释的短消息的门禁管理命令，如开锁信号等；空调控制器模块接收单片机解释的关于空调管理的短消息命令，如开机、关机、加热、制冷、设定目标温度值等，并将环境温度值实时地反馈回单片机；热水器控制器模块接收单片机解释的关于热水器管理的短消息命令，如开机、关机、加热、设定目标温度值、设定目标水位值、上水等，并将水温度值和水位值实时地反馈回单片机。3.硬件设计GSM短信息模块接收信息后，需由AT89C51来解释，进而去执行相应的命令，因此GSM短信息模块需与AT89C51进行数据通信。AT89C51具有较强的串口通信能力，故采用串口实现与短信息模块进行数据传输。由于GSM串口与单片机的逻辑电平不一致，因此在实际应用时，必须把微处理器的信号电平转换为RS232电平，本课题采用MAX232电平转换芯片实现。电路图如图2所示。防盗报警模块采用红外对射探测器、红外幕帘探测器、玻璃破碎探测器作为前端探测器，消防报警模块采用烟感探测器、感温探测器、燃气探测器作为前端探测器。由于AT89C51的I/O端口数量有限，故采用将各个探测器进行级联合并为一个“防区”的形式。“常闭”触点探测器通过串联连接，“常开”触点探测器通过并联连接，当其中某个探测器被触发，单片机将收到报警信号。所有同类探测器都处于同一“防区”，而“防区”是处理器能区别报警信息的最小区域单位，所以本系统可划分为防盗防区、消防防区及门禁防区。空调与热水器控制器采用温度采集电路采集环境温度及即时水温，通过温度传感器检测环境温度信号，再经A/D转换后，将数字信号送入到单片机中进行数据处理。用户远程控制命令及数据采集结果经过控制算法运算得出控制命令，通过单片机的输出I/O口及光电隔离电路，控制继电器的闭合，从而实现对空气温度及水温的调节3。为了降低系统内供电电源波动的影响，使转换精度更高，采用可调分流基准源TL431构成稳压电路，为ADC0809的+REF端提供精准的+5V基准电压。温度采集与转换电路如图3所示。水位控制电路则采用水位传感器进行数据采集工作。4.软件设计单片机与GPRSM22模块的通信采用串行工作方式1，数据格式为10位。其中，第1位为起始位，然后是8位数据，然后是1个停止位。其波特率的值取决于定时器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值4。为节省处理器资源，单片机采用中断方式读取短信息，从而保证其他功能模块的执行。单片机作为整个系统的控制核心，承载着短信息的接收、解释、发送以及向各子功能模块发送控制命令等功能，其中单片机与GPRSM22模块的通信是本文设计的重点。GSM通信的流程图如图4所示。以下为部分AT指令的定义。charcodeAT=AT+；/连机charcodeBps=IPR=38400；/波特率charcodeText=CMGF=1；/文本模式charcodeRead=CMGR=；/读信息charcodeErase=CMGD=；/删除信息charcodeSend=CMGS=；/发送信息charcodeCreg=CREG？；/注册以下为部分通信子程序关键代码。voidsendasc（unsignedcharasc）/发送一个ASCII码子程序bits；s=ES；ES=0；/关中断TI=0；SUBF=asc；While（！TI）；TI=0；ES=s；5.结论本文建立一个基于GSM短信息的家居智能化遥控检测系统，实现对家庭设备、家居环境的监控，用户可以使用通用移动通信设备，远程监控家庭安全防范状况、消防报警信息、门禁出入口状况，并能按照用户意愿实时地远程遥控调节空调、热水器等设备的工作。采用GSM技术的智能家居远程监控系统基于目前覆盖广、信号好、技术成熟的移动通信网络，设备通用性好，设备改造投入成本低，具有广阔的市场应用前景，并具有较好的社会效应及经济效应。参考文献1刘晓胜.智能小区与通信技术M.北京：电子工业出版社，2006.2沈兆，毛敏.利用短信息业务实现智能家居J.微计算机信息，2006.22（1）：22-25.3MKandler，YManoli，WMokwa；ESpiegel，HVogt.（1992）.Aminiaturesingle-chippressureandtemperaturesensor.JournalofMicrome