基于gsm网络的智能家居系统

基于GSM网络的智能家居系统摘要GSM网络能力强,用户无需另外组网,对用户的数量没有限制,克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势,利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能,性能稳定,为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。本设计利用SIM300GSM模块与MSP430F247单片机组建控制终端,用户通过手机发送短信指令到控制终端,控制终端提取短信控制指令通过单片机控制各个功能模块从而实现对智能家居的远程控制。本设计设计包含的系统有智能照明控制系统、智能安防和环境监测报警系统和智能家电、窗帘的系统控制。该设计的各个系统不是独立的,而是彼此相互联系,融合为一个统一的整体,并相互响应,做到真正意义上的智能集中控制和远程GSM控制。本论文实现了家居系统的硬件设计和软件设计,并对整个系统进行了测试,顺利实现了手机通过GSM网络对智能家居系统的远程控制。关键字智能家居SIM300远程控制单片机ABSTRACTWITHTHEPROGRESSOFTECHNOLOGYANDTHERAISEOFMATERIALANDCULTURALLIFEATTHEPRESENTSTAGE,PEOPLEARELOOKINGFORWARDTOHAVEASAFE,COMFORTABLE,ENERGYSAVINGANDCONVENIENTLIVINGENVIRONMENTSMARTHOMECANBECENTRALIZEDORREMOTEMONITORINGFORFAMILYAFFAIRSBYINTEGRATINGTHECOMPUTERTECHNOLOGY,EMBEDDEDTECHNOLOGY,SENSORECHNOLOGY,NETWORKCOMMUNICATIONTECHNOLOGYANDCONTROLTECHNOLOGYTHEINFORMATIONSOCIETYISGRADUALLYCHANGINGTHEWAYPEOPLELIVEANDWORK,SOTHEDEVELOPMENTANDCONSTRUCTIONOFSMARTHOMEISTHEINEVITABLETRENDOF21STCENTURYTHISPAPERDESCRIBEDTHEBASICFUNCTIONSOFTHEINTELLIGENTHOMESYSTEMSANDSMARTHOMESYSTEMDESIGNBASEDONTHEGSMNETWORK,DESIGNAHOMESYSTEMFUNCTIONMODULEHARDWARECIRCUITDESIGNANDSOFTWAREPROGRAMMING,ANDFINALLYTESTTHEENTIRESYSTEMTHETHESISDESCRIBETHEMEANINGOFINTELLIGENTHOMEANDHOWTHISTECHNOLOGYCANCONTRIBUTETOOURHOMELIVING,COMPAREANDHAVEAOUTLOOKOFTHEDEVELOPINGOFINTELLIGENTHOMETECHNOLOGYACCORDINGABOVE,PAPERGIVESANARCHITECTUREDESIGNINGWHICHBASEDONGENERALCOMMUNICATIONPROTOCOL,CONTROLCENTERANDINTELLIGENTTERMINALKEYWORDSSMARTHOME,GSM,REMOTECONTROL,MCU目录摘要IABSTRACTII目录III前言11智能家居控制系统概述311国内外研究现状412课题研究的目的及意义413论文研究的主要内容62GSM智能家居系统方案设计721智能家居系统需求分析722系统方案总体设计与分析83系统硬件电路设计931相关芯片介绍9311MSP4309312SIM300模块11313MQ2传感器13314ULN200313315L298N14316光敏电阻15317YJD12864显示器1832MSP430F247单片机最小系统电路1933窗户、窗帘控制电路2034灯光调节电路2135烟雾传感器电路2236家用电器模拟电路2337声光报警电路2538SIM300基础电路2539液晶显示连接电路264系统软件设计2841短消息发送程序设计2842烟雾传感器检测模块程序设计3043灯光控制模块软件设计315系统调试及结果3451测试内容34511灯光控制系统测试34512烟雾传感器模块测试34513测试结论及不足34结束语35致谢36参考文献37附件一38硬件实物图38附件二39程序代码39前言GSMGLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATION系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。基于GSM的短信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用,是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游,具有网络能力强的特点,用户无需另外组网,在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。同时,它对用户的数量也没有限制,克服了传统的专网通信系统投资成本大,维护费用高,且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势,加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能,都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能,性能稳定,为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。我们开发的基于GSM和MSP430单片机的智能家居控制系统正是利用了GSM短信息系统的通信平台。进入21实际,科学技术与生产力水平进入加速发展阶段,随之而来的是人类物质文化生活的极大提高。随着人们生活水平的不断提高,人们不断的对居住环境提出更高的要求,越来越注重家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利。而智能家居是一个利用通讯和互联网以及综合布线等技术,按照人体工学,农合个性化需求,通过统一的家庭管理平台,将与家庭生活息息相关的各种子系统有机地结合在一起的系统。因此从市场需求的角度来看,智能家居必然是前景广阔。智能家居是一门新兴的综合性交叉学科。智能家居可以定义为一个过程或一个系统,利用先进的计算机技、网络通讯技术、综合布线技术,将与家庭生活有关的各种子系统,有机地结合在一起。智能家居的目标是用各种方法或设备使家居生活实现自动化、智能化,使家居变得更加舒适、安全和有效,从而提高人们的生活质量随着GSM移动通信网络的迅速普及,目前GSM网络基本覆盖全国,GSM移动通信运营商之间竞争日益激烈,使得手机在全国收发短消息的费用将为01元/条或更低。而且,手机有汉字显示和输入功能,使得对系统的操作变得更为直观。因此利用GSM手机的短消息功能实现遥控检测功能的优势比较明显。智能家居已成为现代家庭装修的大势所趋。同事,可以预见在将来很长一段时间内手机依然是人们交换信息的主流设备。因此若要实现智能家居的推广和普及,有必要将智能家居这一先进理念和手机这一大众媒介相结合。在总结前人理论和实践的基础上,并参与当前国内外同行研究现状,深化了基于GSM短消息的智能家居这一理论。智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电以及三表抄送等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性。1智能家居控制系统概述随着社会信息化的加快,人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时,也对传统的住宅提出了挑战,社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间,更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国,它是以家为平台进行设计的。如图11所示,智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台,计算机网络技术为技术平台,现场总线为应用操作平台,构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统,以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器各种模块、各种路由器、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。一般智能家居系统的功能主要包括以下三个方面1照明控制传统的机械式电灯开关从明装式到暗装式,其发展只是外形结构的改变,其功能单一使用不便。于是出现了调光开关、单通道和多通道红外开关、无线开关,但因这些各种各样电子开关都有各自的局限性,不能取代传统的机械开关智能住宅控制系统的照明控制部分可对白炽灯、荧光灯、和各种新灯具进行开、关或调光等功能操作。可进行分布多点控制、集中控制、远程电话以及自动程序控制。即可对单个灯光照明点进行控制,有可对灯光组进行组合控制。同时该系统具有极高的可靠性,因此可完全取代传统的机械开关。2电器控制现代社会是一个电器时代,家中的各种电器越来越多,各种功能相当繁杂,智能家居控制系统的电器控制功能,能对家用电器进行全功能的控制或远程控制。窗帘控制,根据光照、时间、室内灯光差等因素自动控制窗帘的开、闭或用遥控手动控制。能通过手机对家电的工作情况进行远程查询和控制。3安防报警能对系统网内各电灯、电器的工作状态以及室内温度、湿度、火警、煤气等室内环境进行检测并做出警告,并能根据事先设定的应急处理程序自动做出反应,防止事态的进一步扩大如发现有火灾发生,能自动发送短消息告诉房屋主人。11国内外研究现状目前,国内外各种类的智能家居产品越来越多,但其中大部分是基于电话网的安防控制系统。在我国,家庭电话用户正逐步减少,且电话线路易被破坏,故此类产品有一定局限性。随着电信GSM网络覆盖范围的广阔化、无缝化,以及手机的日益普及为基于GSM网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间。本课题主要研究基于GSM网络智能家居系统的设计,包括GSM模块与单片机之间的通信,灯光控制模块、煤气检测模块、指纹识别模块的研究。本设计涵盖了智能家居的基本功能。本课题较全面地研究了GSM网络在智能家居中具体应用,为利用GSM网络组建智能家居系统提供了技术方案。12课题研究的目的及意义智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交换畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电空调,热水器等控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活,扩展容易而被人们广泛接受和应用。随着科技的飞速发展及生活水平的不断提高,人们对智能化家居生活的需求也逐渐增大。越来越多的智能住宅、智能小区应运而生。21世纪是信息时代,各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年,ALEXANDERGRAHAMBELL贝尔发明电话以来,世界各国的电话网络发展非常迅速,近十年来,中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月公用电话交换机总容量突破1亿门,网络规模跃居世界第二位,2006年初固定电话用户总数达355392万户,移动电话用户达到404072万户,现代电话网络是由程控交换机进行交换传输,移动通信也从模拟时代走向了高度数字化时代,它们的性能已经有了很大的进展,而且可靠性非常高。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高,促使了家庭实现了生活现代化,居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,改变了人们生活习惯,提高了人们生活质量,家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展,传感器的使用数量越来越大,功能也越来越强,各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。数字化家居控制系统可以使得人们可以通过手机在任何时候、任意地点对家中的任意电器空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机进行远程控制也可以在班途中预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭而这一切的实现都仅仅是打一个简单的电话。短信息服务SHORTMESSAGESERVICE,SMS是GSMGLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATION系统中提供的一种GSM终端手机之间,通过服务中心SERVICECENTER进行文本信息收发的应用服务,其中服务中心完成信息的存储和转发功能短信息服务作为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,基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游,具有网络能力强的特点,用户无需另外组网,在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。同时,他对用户的数量也没有限制,克服传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有的缺陷。比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势,加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能,都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能,性能稳定,为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。在此以GSM网络作为数据无线传输网络,它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护如移动通信基站、微波站、光纤中继站等及其他无人值守点如仓库、办公楼等监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统、电力系统城市中电网等情况中。在此本系统采用了GSM模SIM300,它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。13论文研究的主要内容目前,国内外各种类的智能家居产品越来越多,但其中大部分是基于电话网的安防控制系统。在我国,家庭电话用户正逐步减少,且电话线路易被破坏,故此类产品有一定局限性。随着电信GSM网络覆盖范围的广阔化、无缝化,以及手机的日益普及为基于GSM网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间。本课题主要研究基于GSM网络智能家居系统的设计,包括GSM模块与单片机之间的通信,灯光控制模块、烟雾检测模块的研究。本设计涵盖了智能家居的基本功能。本课题较全面地研究了GSM网络在智能家居中具体应用,为利用GSM网络组建智能家居系统提供了技术方案。2GSM智能家居系统方案设计21智能家居系统需求分析智能家居系统融合计算机技术、通信技术、控制技术将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。一般智能家居系统要求实现的功能有照明控制、电器控制、安防报警等功能。本设计为符合智能家居系统的基本功能,要求实现的功能有1灯光控制用户通过手机发送短信控制命令给GSM接收终端模块时,对灯光开启、关闭进行相应控制,且灯光系统具有自动调光功能,当室内光线强度变化时,能智能控制所要亮灭的灯管数目。2智能家电、窗帘的系统控制用户通过手机利用GSM网络发送短信控制命令到GSM收发控制终端,实现对家用电器、窗帘的远程控制。本设计的智能家居、窗帘的控制采用5V步进电机和直流小电动机模拟家电和窗帘控制器。3环境监测报警系统通过烟雾传感器监测居室环境,当指标超出设定值时,报警信号会通过短信立刻反馈到智能手机上,并可以根据反馈的内容,对现场作出处理,如远程打开窗户、启动排风设备等等。22系统方案总体设计与分析针对智能家居系统的需求分析,系统的总体设计如图21所示。图21系统设计原理图单片机与GSM模块构成GSM收发终端控制模块,是本系统设计的核心部分,用于读取用户手机的短信控制指令以及向用户手机发送状态信息。灯光控制电路、煤气、火灾报警电路、电器控制电路均与单片机相连。当用户发送控制指令到GSM接受模块,单片机通过发送AT指令到GSM模块读取控制指令,并根据相应指令控制相应功能模块。功能模块与手机是双向通信,即系统可以向用户手机反馈状态信息,例如当室内出现火灾或者煤气泄漏事件时,烟雾传感器检测到室内煤气浓度变化,单片机控制电路检测到端口电平变化,并向GSM模块发送AT指令以向用户手机发送报警信息。MSP430用户手机GSM模块灯光控制系统烟雾报警系统电机系统液晶显示3系统硬件电路设计系统由五大模块电路组成GSM模块与MSP430通信构成的GSM收发控制终端电路、烟雾传感器电路、窗户和窗帘控制电路、灯光调节电路、拟家用电器电路。本设计以MSP430为核心。31相关芯片介绍本设计中用到了主要芯片以及模块SIM300模块、MSP430F247单片机、MQ2烟雾传感器、ULN2003、L298双H桥直流电机驱动模块等。311MSP430MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MIXEDSIGNALPROCESSOR）。处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。运算速度快MSP430系列单片机能在25MHZ晶体的驱动下，实现40NS的指令周期。16位的数据宽度、40NS的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1836V电压。因而可使其在1MHZ的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有01A。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统基本时钟系统、锁频环（FLL和FLL）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768KHZ）DT26ORDT384，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模（LPM0LPM4）。在实时时钟模式下，可达25A，在RAM保持模式下，最低可达01A。片内资源丰富MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（TIMER_A0）、定时器A1（TIMER_A1）、定时器B0（TIMER_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（BASICTIMER）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（TIMER_A和TIMER_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200KBPS，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。另外，MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5S。方便高效的开发环境MSP430系列有OTP型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OTP型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。本设计采用430F2XX系列基于闪存的超低功耗MCU，在18V36V的工作电压范围内性能高达16MIPS。包含极低功耗振荡器VLO、内部上拉/下拉电阻和低引脚数选择。超低功耗低至01ARAM（保持模式）03A（待机模式）VLO07A（实时时钟模式）220A/MIPS（工作模式）在1S之内超快速地从待机模式唤醒。器件参数闪存选项1KB120KBRAM选项128B8KBGPIO选项10、16、24、32、48、64引脚ADC选项10和12位斜率SAR、16位ADC其它集成外设模拟比较器、硬件乘法器、DMA、SVS、12位DAC、运算放大器312SIM300模块SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，可在全球范围内的EGSM900MHZ、DCS1800MHZ、PCS1900MHZ三种频率下工作，能够提供GPRS多信道类型多达10个，并且支持CS1、CS2、CS3和CS4四种GPRS编码方案。SIM300结构小巧，外形尺寸仅40MM33MM285MM，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智能电话，掌上电脑和其他移动设备。模块与移动应用设备通过一个60引脚的板板连接器相连，它提供了模块与开发板的所有硬件接口，除了RF天线接口。SIM300内部功能模块有键盘和SPI类型的LCD接口，方便用户开发自己的应用设备。具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品。双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒输出，由AT指令配置其工作模式。SIM300具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为25MA。SIM300内部集成了TCP/IP协议栈，并且扩展了TCP/IPAT指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得非常简单方便。AT指令及PDU工作模式（1）AT指令简介控制器与GSM模块之间采用RS232连接,采用AT指令用的一些短消息命令。常用的短消息AT指令1AT命令功能2ATCSMS选择消息服务支持GSMMO、SMSATCMGF设置短信息格式1TEXT0PDU3ATCSCA设置短信服务中心地址4ATCMGD删除短消息5ATCMGS发送信息6ATCMGR读取短消息7ATCSAS保存设置保存CSAS和CSMP的参数8ATCRES恢复设置9ATCNMA新信息确认应答10ATCPMS优先信息存储定义用来读写信息的存储区域11ATCNMI新信息指示选择如何从网络上接收短信息ATCMGL列出存储的信息（2）PDU包协议格式用PDU模式发送短消息数据包是以GSM0304规范为标准的,其内容依次为短消息中心地址、PDU类型、消息附注、目的地址、协议鉴别符、数据编码表、数据保存期、用户数据长度、用户数据（3）短消息工作模式短消息是由欧洲电信标准委员会所制定ETSI的一个规范,为了控制GSMMODEM实现短消息服务,GSM协议中提供了3种接口协议,它们分别是BLOCK模式、TEXT模式和PDU模式。BLOCK模式就是利用二进制数据来控制移动终端设备的短消息功能,但此模式复杂且不直观,实用性差,目前使用较少TEXT模式是一种利用文本信息来控制移动终端设备短消息功能的接口协议,它主要用AT命令集完成对终端设备的操作,直观易用,但需要多条AT命令共同执行来完成一次短消息操作,不方便PDU模式也是采用AT命令集来控制移动终端设备的短消息功能,但它与TEXT模式不同,它是在AT命令集的数据段中直接采用协议数据单元PDU来完成短消息的控制,只需一条指令就能完成整个短消息的处理过程。如果用PDU模式发送短消息数据包不包含短消息中心地址SCA,则相应的PDF“0011000D91683138069123F50008A90C8FD9662F6D4B8BD56D88606F”,这里短消息中心地址SCA长度为0,意味着使用ATCSCA命令设置SCA,在这种情况下PDU字符串中没有对应SCA类型及短消息中心地址的字符串“91683108401505F0”短消息的编码方法及实现短消息SMS是由ETSI组织制定的一个规范GSM0340和GSM0338,当使用7BITS编码时,最多可以发送160个字符当使用8BITS编码时,最多可以发送140个字符当使用16BITS编码时,最多可以发送70个汉字字符。此文中采用16BITS的UNICODE编码显示文本信息。313MQ2传感器MQ2/MQ2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡SNO2。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ2/MQ2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高,对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体,是一款适合多种应用的低成本传感器。封装好的气敏元件有6只针状管脚,其中4个用于信号取出,2个用于提供加热电流。314ULN2003高耐压、大电流达林顿陈列ULN2003,是布进电动机的电流驱动芯片。由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003的每一对达林顿都串联一个27K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500MA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。其方框图如下图31所示。如图31步进电动机的电流驱动芯片315L298N双H桥直流该驱动板可驱动2路直流电机,使能端ENA、ENB为高电平时有效。控制方式及直流电机状态表如下所示表31控制方式及直流电机状态若要对直流电机进行PWM调速,需设置IN1和IN2,确定电机ENAIN1IN2电机状态0XX停止100制动101正转110反转111制动的转动方向,然后对使能端输出PWM脉冲,即可实现调速。注意当使能信号为0时,电机处于自由停止状态当使能信号为1,且IN1和IN2为00或11时,电机处于制动状态,阻止电机转动。技术参数如下1、驱动芯片L298N双H桥直流电机驱动芯片2、驱动部分端子供电范围VS5V35V如需要板内取电,则供电范围VS7V35V3驱动部分峰值电流IO2A4逻辑部分端子供电范围VSS5V7V可板内取电5V5逻辑部分工作电流范围036MA6控制信号输入电压范围低电平03VVIN15V高电平23VVINVSS7使能信号输入电压范围低电平03VIN15V控制信号无效高电平23VVINVSS控制信号有效8最大功耗20W温度T75时9存储温度2513010驱动板尺寸55MM49MM33MM带固定铜柱和散热片高度11驱动板重量33G12其他扩展控制方向指示灯、逻辑部分板内取电接口。316光敏电阻光敏电阻（PHOTORESISTOR）又称光导管，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。本系统中使用的是可见光光敏电阻器。光敏电阻原件图如图32所示。图32光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。图33光敏电阻结构图光敏电阻的主要参数是（1）暗电阻、亮电阻光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。例如MG4121型光敏电阻暗阻大于等于01M。光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。MG4121型光敏电阻亮阻小于等于1K。（2）灵敏度灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。暗电阻越大，亮电阻越小，那么说明该光敏电阻性能越好，灵敏度越高。（3）光照特性光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在多数情况下，该特性为非线性。其光照特性曲线图如图34所示。图34光敏电阻光照特性曲线图317YJD12864显示器带中文字库的LCD12864是一种具有4位、8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其显示分辨率为12864,内置8192个1616点汉字，和128个168点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示88点阵的英文字母、1616点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁的多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。通常所说的12864LCD显示块是所说的点阵液晶显示模块，就是由12864个液晶显示点组成的一个128列64行的阵列，所以也就叫成了12864。每个显示点都对应着有一位二进制数，0表示灭，1表示亮。存储这些点阵信息的RAM被称为显示数据存储器。如果要显示某个图形或汉字就是将相应的点阵信息写入到对应的存储单元中。图形或汉字的点阵信息是由自己设计，这时候问题的关键是显示点在液晶屏上的位置与其在存储器中的地址之间的关系。显示点在6464液晶屏上的位置由列号（LINE,063）与行号（LINE,063）确定。5128BITSRAM中某个存储单元的地址由页地址（XPAGE,07）和列地址（YADDRESS,063）确定。每个存储单元存储8个液晶点的显示信息。由于多数液晶显示模块的驱动电路是由一片行驱动器和两片列驱动器构成，所以12864液晶屏实际上是由左右两块独立的6464液晶屏拼接而成，每半屏有一个5128BITS显示数据RAM。左右半屏驱动电路及存储器分别由片选信号CS1和CS2选择。（少数厂商为了简化用户设计，在模块中增加译码电路，使得12864液晶屏就是一个整屏，只需一个片选信号。）如果点亮12864的屏中（20，30）位置上的液晶点，因列地址30小于64，该点在左半屏第29列，所以CS1有效；行地址20除以8取整得2，取余得4，该点在RAM中页地址为2，在字节中的序号为4；所以将二进制数据00010000（也可能是00001000，高低顺序取决于制造商）写入XPAGE2，YADDRESS29的存储单元中即点亮（20，30）上的液晶点。这是为了为了使液晶点位置信息与存储地址的对应关系更直观关，将6464液晶屏从上至下8等分为8个显示块，每块包括8行64列个点阵。每列中的8行点阵信息构成一个8BITS二进制数，存储在一个存储单元中。（需要注意二进制的高低有效位顺序与行号对应关系因不同商家而不同）存放一个显示块的RAM区称为存储页。即6464液晶屏的点阵信息存储在8个存储页中，每页64个字节，每个字节存储一列8行点阵信息。因此存储单元地址包括列地址（YADDRESS,063）和页地址。32MSP430F247单片机最小系统电路图35MSP430F247单片机最小系统电路33窗户、窗帘控制电路由于窗户、窗帘的开启与关闭需要电动机得到一定的控制,直流电动机不易控制好所需转动的圈数,而步进电动机能够通过程序控制其所转圈数精确到度。本设计采用5V步进马达作为窗户、窗帘的控制器。ULN2003DIP封装作为步进马达驱动芯片。控制电路如图36所示。图36为窗户、窗帘控制电路34灯光调节电路智能家居灯光系统利用8只LED灯F3圆头白光,3MM白色LED直插发光二极管进行模拟,其与单片机的连接电路如图37所示。图37为灯光调节电路灯光调节电路中光敏电阻将光线强度的变化转化电阻值的变化,通过电路又可以将其转换为电路电压的变化通过MSP430自带的模数转换器ADC将模拟电路电压变化量转化为数字变化量输入单片机接口。单片机内部通过程序设置两个阈值,当光线强度过强或较弱时,智能控制8盏LED灯的亮灭数目。电阻值变化为电压值的转换电路如图38所示图38光敏电阻采集室内光线电路35烟雾传感器电路本设计采用的是MQ2烟雾传感器来实现室内监测。其具有广泛的探测范围高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、寿命长简单的驱动电路的特点。MQ2可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置,适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等的探测其灵敏度可调图中蓝色数字电位器调节；工作电压5V使用前,供电至少预热2分钟以上,传感器稍微发烫属于正常现象输出形式A模拟量电压输出数字开关量输出0和1；设有固定螺栓孔,方便安装。该模块接口说明如下VCC5V工作电压。GND。DO小板数字开关输出接口0或1。小板模拟量输出接口。使用说明1MQ2传感器模块对环境液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感。2模块在无上述气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时,数字接口DO口输出高电平,模拟接口A0电压基本为0V左右,当气体影响超过设定阈值时,模块数字接口D0输出低电平,模拟接口A0输出的电压会随着气体的影响慢慢增大3小板数字量输出D0可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平,由此来检测环境气体4小板数字量输出DO可以直接驱动继电器模块,由此可以组成一个气体开关5小板数字量输出DO可以直接驱动有源蜂鸣器模块,由此可以组成一个气体报警器6小板模拟量输出AO可以和AD模块相连,通过AD转换,可以获得环境气体浓度精准的数值。MQ2具体电路如图39图39烟雾传感器电路36家用电器模拟电路图中为以直流电机模拟排风系统,用户可以通过短信控制排风系统的启动与关闭。当室内出现煤气泄漏时,单片机会控制继电器闭合打开排风系统并发送短信告知用户。图310为家用电器模拟电路直流电机驱动电路37声光报警电路当室内有气体泄漏或者发生火灾等故障发生时，LED红灯点亮，蜂鸣器响起，达到声光报警功能，声光报警的电路如图311所示。单片机给高电平时，LED点亮，并且三极管导通，蜂鸣器也发出声响。图311声光报警电路38SIM300基础电路通过串口通信的方式使SIM300与MSP430F247进行通信，接线简单通讯方便。图312SIM300基础电路39液晶显示连接电路用串口的通信方式使YJD12864与MSP430F247只需要接112管脚连接线。连接方式如313所示。P11P13P20P21P22P23VCCP12P14P16P27P26P25P24P31VCCGNDP33P35P3712345678910J4P11P12P13P14P16DVCCGND12345678910J5P20P21P22P23P24P25P26P2712345678910J6P31P33P35P3712J7GND5V123J85VVCCDVCCP11P13P20P21P22P23VCCP12P14P16P27P26P25P24P31VCCGNDP33P35P37P11P13P20P21P22P23VCCP12P14P16P27P26P25P24P31VCCGNDP33P35P37IN1OUT2SCK3CS4LED5GND6VCC7RS8RST9CS110D711D612D513D414D315D216D117D018E19R/W20J1YJD128641234567891011121314151617181920J21234567891011121314151617181920J3D1LEDR1470GND图313液晶连接电路电路4系统软件设计软件设计部分统一采用语言来编程，其中GSM模块与单片机是以指令集的形式来通信的。本设计采用顺序执行的方式将各个软件子模块置于主程序的大循环中。当有外部发时能进入相应的子程序执行相应的功能。系统软件总设计流程如图41所示。主函数开始是否有短信控制命令开窗指令家电控制指令灯光控制指令开窗模块家电控制模块灯光控制模块可燃烧气体报警模块开窗模块家电控制模块否是是否图41系统软件设计流程图41短消息发送程序设计单片机对SIM300模块的控制采用AT指令。单片机可以通过正确的AT指令对SIM300模块进行初始化和短消息的接收发送。对短消息的控制共有三种模式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,因此本系统使用PDU模式进行短消息的发送。单片机通过以下系列AT指令对短消息进行控制。SIM300初始化首先设置短消息发送格式ATCMGF1,设置1代表PDU模式,是回车符号,也就是0X0D。指令正确则模块返回OK,是回车换行符号。其次设置短消息中心ATCSCAD8613800531500D短消息中心,设置正确则模块返回OK。注意短消息中心号码可能会因不同手机或不同区域而不同。用PDU模式发送短消息,则首先发送短消息数据长度。ATCMGS。等待SIM300模块返回ASCII字符/0,则可以将PDU数据输入,PDU数据以也就是0X1A作为结束符。短消息发送成功,模块返回OK。发送数据格式例如,需要发送汉字“一氧化碳的浓度超标,排气扇已打开”到手则首先发送数据串ATCMGS16,然后等待ASCII字符/0,然后输入PDU数据。短消息发送是将待发送的短消息内容发送到目的地址,发送过程首先经历赋值过程,即将对方号码及待发送的消息内容赋给交换变量其次经历数据处理过程