基于单片机的智能家居远程监控系统1

1、编号:校级大学生创新性实验计划项目申报书项目名称：基于单片机的智能家居远程监控系统申 请 者：所在院系：专业年级：指导教师：起止时间：联系电话：电子信箱：申报时间：项目名称基于单片机的智能家居远程监控系统申请经费起止时间2011.3.15-2012.3.15负 责 人学号姓名年级所在院系、专业联系电话E-mail参 加 成 员指 导 老 师姓名职称所在院系联系电话E-mail项目负责人获奖情况：研究内容提要：本课题拟以单片机技术，成熟的GSMS信网络和各种传感器的应用来实现智能家居环 境监控系统。该系统能全天监控家居环境，由各传感器采样信息，经过处理器处理，实时 以短信的方式报告信息，以便主人

2、能采取及时有效的措施。对于家庭防火防盗有着现实的 意义，保障财产安全等。一、 项目申请理由研究的目的和意义：随着社会的发展，人们的安全意识越来越强，尤其是家居安全，一方面需要防止煤气 泄露、火灾等意外事件的发生，一方面还需要防止强盗陌生人等的进入，这就对家居环境 监测提出了较高的要求，所以要求有更加智能化的监控设备的产生，以保证人们的人身以 及财产安全。目前市场上的一些家居监控系统的价格非常高，普通老百姓承受不了如此高的价格， 所以智能家居监控系统的普及率比较低，本课题的研究将会大幅度的降低其成本，使之真 正的能进入每家每户，真正的使每家每户的财产安全得到保障。二、项目研究内容国内外本项目的研

3、究状况：目前远程监控主要有以下几种方式：短距离长线监控；通过市话网；通过internet 网 络；通过自组网络（CDPD网）；通过数传电台等方式。短距离长线监控和通过自组网络（CDPD 网）首先要自行建设通信网络，建网初期投资巨大，运营期间自主维护耗费人力物力较大， 信号质量得以保证，效果好，相对运营费用高；通过市话网和internet方式以现有的网络 为依托,无需自行建设通信网络，但是由于市话网和 internet 难以达到工业现场覆盖面, 接入网络受到限制，局限性很大，网络运行效果取决于网络运营商，线路安全不能得到保 证，其通信效果好，信号量大，运营费用相对低廉；数传电台出现较早，应用很广

4、泛，是一 种不错的无线数传方式，但是建网初期投资巨大，数传电台的传输范围有限，而且容易受 到空间无线信号的干扰，信号不能得到保障，但是数传电台信号传输实时性好，运行费用 低。因此目前这些远程监控系统无论从成本、可靠性、稳定性、使用方便性、还是维护的 难易程度等方面都不能最大限度的使人满意。本系统把GSM络引入到远程监控系统中，提出了基于PLC的GSMS消息的远程监控 系统。GSMR络是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善、覆盖面最广、功 能最强、用户最多的移动通信网络。在本系统中由于GSMS消息业务不需要建立拨号连接， 只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发

5、到GSME线数传模块中，通过GSMK块与PLC的通信，实现数据（信息）的传递，最终实现对控制目标的监 控。运用GSM消息实现远程监控可靠性高、信号传播距离远、覆盖面积广，并且可以节 省建网初期的巨额投资，运营期间无需维护网络，运行费用低廉。目前基于GS喇信息的远程监控国内有很多研究，应用也很广泛，如利用GSMK现车 辆远程监控和调度管理信息化、利用 GSMS行棉田水分的远程监测、利用 GSMS行机械设 备的远程监控和故障诊断等，但这些远程监控系统的核心控制器件多采用单片机或DSP而将PLCt GSMK块结合进行远程监控的研究很少，虽然单片机相比较PLC而言价格上有优势、在数据采集和数据处理方面

6、优于 PLC但用单片机进行控制抗干扰能力差，稳定性和可靠性低、通用性、设计、安装、调试等方面都比PLC控制逊色不少，例如：用单片机实现自动控制，一般要在输入、输出接口上做大量的工作，要考虑现场与单片机的连接、接 口的扩展、输入/输出信号的处理、接口的工作方式等，其调试也比较麻烦。因此将PLC与GSM1块结合进行远程监控在安全性、稳定性要求较高的场合如：家居远程监控和汽车防盗 远程监控方面，应用更为合理，设计、安装和调试也更为方便。参考文献：1杨士元.远程监控技术的发展J.电子产品世界，2005, 2: 582曹京生.PLC输入端扩展技巧J.机械制造与自动化，2004, 3: 103-1053郑

7、斌，威传辉.GSM（据传输装置白研究与实现J.信息工程大学学报，2003, 3: 62-644臧怀泉，李海生.基于GSM1消息的远程监控系统的设计与实现J.燕山大学 学报，2005, 1第29卷，第一期：55-585三菱电机公司.FX2N系列微型可编程控制器使用手册6邱公伟.可编程控制器网络通信及应用M.北京：清华大学出版社，20007王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践M.上海：上海交通大学出版社， 20078廖常初.FX系列PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，20079吴军基，王文斌，张鹏.基于GSMS消息远程抄表系统研究D.电力自动化设 备，2006.4 第 26 卷：102-1

8、0410邱文静.基于GSMS信的家居设施监控系统设计D.硕士学位论文2005.611谢惠玲，牛林，何燕.基于PLC的GSM/SMS讯的实现EB/OL.热点论坛， 200512谢嘉奎.电子线路.北京：高等教育出版社M , 1999, 6.第四版项目的创新点：.目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有电话拨号、以太网、集群系统等等。但是它们有各自的缺点。本课题设计了基于GSM短信模块的智能家居环境监控系统，此系统可以解决这些隐患，让家庭防火防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话 执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSMS动网络，以最直观的中文短信息形式，直接把报警地点的反映到您的手机屏幕上。.

9、当用户离家时，把系统置于工作模式，系统可以根据用户设定的时间，室内电灯开关、 声音播放给盗犯一种家中有人的感觉，起到迷惑盗犯的目的，使其放弃偷盗意图。.此系统体积小，所用成本少，对于一般家庭都能接受。研究详细内容、研究方案：1.工作原理及硬件系统设计：防火防盗探测器不断地进行采集，当在警戒范围内出现人体时、家中发生煤气泄漏 或火灾时，信号处理电路向单片机输出信号，单片机与雉模块通信，短信通知家主。整套 系统的硬件结构图如图1所示。图1系统总体结构图(1)微处理器：此部分是以单片机为核心，用来控制 A/D转换器的相应寄存器，并完成 模拟信号到数字信号的转换、设定采样频率、同无线通讯模块交换数据等

10、操作。本课题采 用Atmel公司生产的AT89S52单片机，其CPU采用与MCS-51兼容的结构和指令系统。 AT89S5统一款带有8 kB可在线编程Flash存储器的低功耗、高性能8位CMO微控制器。 AT89S5现供以下标准功能：8 KB的Flash存储器、256字节RAM 32根I/O引线、看门 狗定时器、两个数据指针、3个16位定时器/计数器、一个六向量两级中断结构、一个全 双工通讯端口、片内振荡器和时钟电路。上述功能能够满足系统硬件部分的设计要求。GSM模块：图2为GSM模块与单片机的连接示意图。图2 GSM模块连接图系统采用TC35I型号的GSMK块。TC35I短信模块是一款双频

11、900/1800MHZ高度 集成的GSM1信模块。在 GSk络日臻完善的今天， TC35I短信模块秉承了西门子一 贯的优秀品质，它易于集成，使用它可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖二的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS端等领域都能看到 TC35I短信模块无线模块在发挥作用，使用它产品的质量和性能可以得到保证。TC35I短信模块体积小、重量轻、低功耗和支持数据、语音、短消息及传真。支持电压范围：3.3至4.4V。电流消耗：3.0 mA （睡眠）10.0 mA （闲置）300 mA （通话，最高2.0 A） 100（掉电）。TC35I短信模块输出功率：2W共别4, for EGSM）

12、00和1W关别1, for GSM1800。TC35I短信模块机械特性：尺寸：54.5 x 36 x 6.75 mm重量：17g环境温度：-20 C to +55 0 C （ GSM 11.10 标准）。数据特征：CSD最大达到14.4 kbps、USSD 不透明模式。 译码方式： CS 1,2,3,4TC35I短信模块接口 ：40 脚连接电源接口SIM 3 V 接口标准RS232双向接口模拟语音接口 0 50欧姆天线连接器图3 TC35I功能框图(3)键盘和显示：为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LED显示，对对防盗报警系统进行电话号码的预设。本设计选用

13、HD7279作为 键盘显示驱动。该芯片支持 64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片 8279 相比，外围芯片少，与CPK有4线串行通信，大大节约了 CPlffi I/O 口的资源。图4 HD7279结构图(4)传感器：要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是 哪种传感器，其最终输出的都是开关量。红外传感器对于防盗传感器，本系统采用主动式红牌对射传感器，相对于传统的被动式热释 红外传感器主支式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报烟雾传感器本设计选用离子式烟雾传感器，它是

14、一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被 广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。温湿度传感器由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关 系，所以温湿度一体的传感器可以应用于此系统。温湿度传感器可以将温度量和湿度量转 换成容易被测量处理的电信号。在传感器与单片机之间，还有放大电路。使传感器采集的信号放大，通过 A/D转 换，给处理器信号。图5两级放大电路(5)继电器：家用电器控制系统是用一个固态继电器来控制家电开关的，本设计可以通 过ULN2003驱动继电器，继电器开关。图6继电器控制电路(6)实时时钟：实时时钟芯片采用 Dallas公司生产的D

15、S1302,该芯片附加31字节静态 RAM ,可通过简单的串行总线与单片机进行通讯， 实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、 月和年，一个月小于31d时可自动调整，包括闰年，有效到 2100年。可采用12h或24h方式计时，采用双电源供电，可设置备用电源充电方式，芯片为8引脚小型DIP封装。图7 DS1302封装图图8 DS1302结构图(7)遥控器：为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改 变，本设计选用了 315M调幅遥控器，该遥控器具有以下优点：工作在业余频段，不用花 钱购买频点；有效距离远，一般可达 200-1000m；有丰富的地址供用户选择。(8)报警电路系统报

16、警电路采用单片机驱动的蜂鸣器，如图9所示TEXTJ Q1, RNF .图9锋鸣器电路(9) A/D转换：ADC08091带有8位A/D转换器、8路多路开关以及与微处理机兼容的控制逻辑的CMOSS件。它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。下图 10为AT89S5* 8路A/D转换器ADC0809勺接口电路。ALEP0AT89S52WRP2.7IG7ALS373OCLDkQ-A7MA2A1A0CLKV REF(-)V REF(+)ADC0809D7D0 IN0STARTALE8IN7RDOEEOCP3.3图10 Adc0809与单片机接口电路2、系统软件设计系统主程序流程图如下图11

17、所示开始A/D转换流程图ADC0809负责将电流形式的脉搏信号转变为脉冲数字信号，并传送至从单片机。转 换过程如图12所示。10图12 A/D转换流程图三、拟利用实验室资源电流表、电烙铁、函数发生器、稳压源、计算机、单片机试验箱等示波器、电压表、 实验室常用设备。11四、项目进度安排及 预期成果主要研究阶段 （起止时间）阶段预期成果成果形式2011.3.152011.4.15理论分析、资料查阅、项目总 体规划设计图纸（电路原理图）中期2011.4.162011.8.16制作电路板，组装各功能模块硬件电路后期2011.8.172012.3.15软件编写以及最终硬件调试实物最终研究成果最终成果名称最终成果形式基于单片机的智能家居远程 监控系统实物+论文技术路线的可行性论证：.课题组成员在远程监控系统及其关键技术研究方面有着一定的积累，能够为课题的 研究提供各种理论指导。.课题组成员熟悉各种传感器、51系列单片机