2010年天津市盛群杯技术报告打印版

智能家居系统参赛编号:09TJ-0669摘要：据市场调查，随着我们国国民收入的增加及居民生活水平的提高，人们开始追求更加舒适方便的家居条件，市场对于智能家居的需求量不断增加。现阶段国内虽然已有少数公司从事智能家居的研发，但目前普遍存在产品功能单一，智能化程度不高等缺陷，无法满足用户的需求。为此，我们设计了本智能家居系统。本智能家居系统以HT46RU232单片机作为控制核心，结合多种传感器实时监测室内外环境，当发生燃气泄露、下雨等异常情况时可自动执行开窗关窗动作并及时通过GSM通信功能通知到用户手机。此外，本设计创造性的提出了两种控制模式，两种供电模式，充分考虑了使用的方便性和节能环保的理念，可极大提高居家生活的方便性与安全性，具有广泛的市场前景。关键词：单片机 GSM 传感器 太阳能一、前言现代人追求的是时尚、安全、方便、环保的居家生活。智能家居正面临着一场前所未有的革命。基于此背景我们研发了此套智能家居系统。 由于本系统与居民的生活密切相关，实用性是我们设计时最为看重的方面，所以本系统创造性的设计了“远程”和“居家”两种工作模式。当用户外出时启用“远程模式”，此时单片机实时采集传感器送来的信号，当环境发生异常时MCU即发出相应的关窗或开窗指令。例如当室内发生煤气泄漏时，MCU即可采集烟雾传感器的检测信号并发出开窗的指令，同时通过GSM发送短信给用户；当用户在家时启用“居家模式”，在此模式下，用户可方便地通过遥控对窗户和家中电器设备实现开关控制，此时单片机不再采集传感器信号。创新性是作品设计过程中考虑的另一个重要方面，结合当前节能环保的主流趋势，我们采用了太阳能蓄电池为整个系统供电。当光线充足的时候太阳能电池板即开始给蓄电池充电，充满后可自行停止充电。如果遇上连续的阴雨天气蓄电池电压不足时可自动切换到干电池供电模式。二、工作原理1、MCU功能描述本控制系统用采用主从机方式实现系统整体控制。从机主要进行单片机与GSM模块之间通信和无线模块之间的通信，而主机主要接收前端传感器传来的信号并发出执行动作指令、对从机处理后的信号发出相应的执行动作（如控制电机正反转及控制家用电器开关）、信息显示和报警等功能。单片机与单片机之间我们将利用HT46RU232自带串口通信，充分利用了HT46RU232自带串口的特性。2、各传感器原理及功能描述2.1风力传感器此传感器由一个风杯作为感受风力装置，当风大时风杯转速快，当风小时转速变慢。由红外计数器记录转速，当测定值大于设定值时，MCU即发出关窗指令。2.2雨滴传感器SSMY-002型雨滴传感器可以在规定的工作条件下设计在控制的电路做传感之用，以接通各种控制电路。根据传感器的工作电压和电流选取适当的限流电阻以保证其正常工作。将传感器放在适当的位置，保证能在刚下雨时就能接受到雨滴，当传感器接收到雨滴后，两极短路，发出信号接通控制器，通过控制器使执行机构动作而关好门窗。其原理图如下图2-2所示。图2-2 SSMY-002型雨滴传感器示意图2.3烟雾传感器本系统采用MQ2烟雾传感器，可检测液化气、甲烷、丙烷、丁烷、酒精、烟雾等。特别适合用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置。当检测到有气体泄漏时传感器会有一个微弱的电平变化，此信号经比较和放大电路两级电路处理后形成单片机可识别的数字量，单片机接收到信号后发出相应的控制指令。2.4热释电红外传感器人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。其应用电路如图2-4所示。图2-4 热释电红外报警器电路原理图三、作品结构（一）硬件部分1、系统框图系统框图如图3-1所示图3-1 系统框图2、GSM通信原理说明GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。GSM的短消息业务，由于其方便、快捷、廉价等特点而受到用户的青睐，它作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。目前，很多网络公司就是靠短消息业务生存和发展。随着短消息业务的不断发展，它在移动终端上的应用也越来越广。短消息的发送和接收控制模式有三种：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文。因此，为了系统的通用性，兼容中英文短消息的发送接收，我们使用PDU模式来处理短消息。PDU是发送或接收手机SMS消息的一种方法。消息正文经过十六进制编码后进行传送。PDU串可看作由短信中心地址+TPDU串组成，即设置为：AT+CMGF=0 /PDU方式。本系统采用单片机与TC35(廉价的GSM模块)发送、接收GSM短信实现通信。TC35是Siemeils公司推出的新-代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。3、无线通信原理说明无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。本系统采用单片低成本低能耗RF收发芯片CC1100进行通信。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。（二）软件部分软件流程图如图3-2所示。图3-2 软件流程图四、测试方法1.用万能表排除短路、虚焊、假焊的情况2.对编译的程序用模拟器进行模拟，调试至没有报错3、将程序烧写到芯片里，用道具模拟下雨、燃气泄露等意外情况发生是系统的运行情况，测试结果均达到预想效果。4、为了使传感器工作在最佳状态，本系统要求工作温度在-2050摄氏度之间，室内外均可五、参考文献【1】盛群半导体股份有限公司HT-IDE3000 使用手册【2】HT-IDE3000 Holtek C 语言编程指南【3】童诗白华成英模拟