智能家居远程监控系统

1、一种基于SMS的智能家居远程监控系统 (1)关键字： HYPERLINK /mcu/search.php?keywords=SMS&search=1 t _blank SMS HYPERLINK /mcu/search.php?keywords=%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85&search=1 t _blank 智能家居 HYPERLINK /mcu/search.php?keywords=%E8%BF%9C%E7%A8%8B%E7%9B%91%E6%8E%A7%E7%B3%BB%E7%BB%9F&search=1 t _blank 远程监控系统 1

2、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。 HYPERLINK /mcu/search.php?keywords=智能家居&search=1 t _blank 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 HYPERLINK /mcu/search.php?

3、keywords=SMS&search=1 t _blank SMS 和Atmega128 的智能家居 HYPERLINK /mcu/search.php?keywords=远程监控系统&search=1 t _blank 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

4、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

5、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

6、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

7、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（

8、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

9、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

10、本命令、高级管理命令匹配扫描。扫描代码如下：wh i l e （ - - i &! （mh = s t r s t r （UART0 _RxBu f ,DefDetCmdi）；i f（ ! i ） / / 若非传感命令wh i l e （ - - j&! （mh = s t r s t r （UART 0 _RxBu f ,DefBasicCmdj）；i f（ ! j ） / / 若非基本命令wh i l e （ - - k&! （mh = s t r s t r （UART 0 _RxBu f ,DefAdvanceCmdk）； 其中， U A R T 0 _ R x B u f 指向接收数

11、据缓冲区，DefDetCmd 是系统中预定义的传感器命令，DefBasicCmd是基本控制命令，DefAdvanceCmd 是高级管理命令。扫描完成后，对不同类型命令进一步细化处理，返回对应的命令编号。系统根据不同的命令编号完成不同的操作。4.2.4 发送短信当系统接收到带有?的短信命令时， 完成相应操作后，将给该授权号码发送报告短信。短信息格式定义如下：typedef struct Shor tMessage / 短信息结构uint8 CSCA19; / / 短信中心号码uint8 FirstOctet3;uint8 TP_MR3; / / 消息参考值uint8 RecvPhoneNo19;

12、 / / 对方号码字段ui n t8 TP_PID3 ; / / 协议标识ui nt8 TP_DCS3 ; / / 编码方式uin t8 TP_VP3; / / 有效期uint8 TP_UDL3; / / 用户数据长度uint8 TP_UD255; / / 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

13、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 显示当前操作，并按要求回复一条短信。图4 LCD 控制命令显示及手机查询命令显示。6 结束语本文所设计的智能家居远程

14、监控系统只须对原有的电源、安防等系统的布线做很少的调整，便可通过手机实现遥控家电。该系统实用性强、操作简单、成本低、性价比高。还很容易推广到户外广告牌监控、水库水位监控、电梯安全运行监控等众多领域。附录资料：不需要的可以自行删除 电机绕组的绕制与嵌线项目二 电机绕组的绕制与嵌线实现目标通过对电机绕组的绕制和嵌线拆除，进一步了解电机的基本结构与原理，掌握绕制嵌线步骤、工艺规范及注意事项，学会正确的使用专业工具。主要内容1.定子绕组展开图的绘制。2.绕组的绕制。3.绕组的嵌放和接线。教学方法1、项目引导法2、启发式教学3、现场教学实施场景实训室、多媒体教室教学工具PPT、三相异步电动机、绕线嵌线工

15、具总学时12应知绕组展开图原理、步骤和方法；嵌线的工艺方法。应会1.绕组的绕制；2.绕组展开图的绘制；3.应用专用工具嵌线。项目评价总结能否正确绘制绕组展开图，能否绕制绕组，能否熟练嵌线项目实施过程设计项目导入从上一节的内容可以看出电机绕组的绕制和嵌线都是按照一定的规律排布和设置的。定子绕组的这种绕制和嵌线方法能够有利于电动机内部产生旋转磁场，提出问题，学生思考：绕组的绕制和嵌放是按照什么规律设置的？我们是否可以重新绕制定子绕组并嵌放到电动机内部呢？从而引入本节内容。项目实施1绕线专用工具介绍（实物展示、PPT演示、视频） (1)绕线机。在工厂中绕制线圈都采用专用的大型绕线机。对于普通小型电机

16、的绕组，可用小型手摇绕线机。 (2)绕线模。绕制线圈必须在绕线模上进行，绕线模一般用质地较硬的木质材料或硬塑料制成，不易破裂和变形。 (3)划线板。由竹子或硬质塑料等制成，如图3-6所示，划线端呈鸭嘴形或匕首形，划线板要光滑，厚薄适中，要求能划入槽内23处。 (4)压线板。一般用黄铜或低碳钢制成，形状如图37所示，当嵌完每槽导线后，就利用压线板将蓬松的导线压实，使竹签能顺利打入槽内。 2定子绕组展开图的绘制(PPT演示、模型展示、挂图) 现以4极24槽单层绕组的三相笼式异步电机为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。什么是展开图呢?设想用纸做一个圆筒来表示定子的内圆，用画在圆筒内表面上的相互平行的

17、直线表示定子槽内的线圈边，用数字标明槽的号数，如图38(a)所示。然后，沿1号槽与最末一个槽之问的点划线剪开，如图38(b)所示。展开后就得到如图38(c)所示的平面图，把线圈和它们的连接方法画在这个平面图上，就是展开图。 (1)定子绕组展开图的绘制步骤。 画槽标号。在纸上等距离地把所修电动机的定子槽画成平行线。因电动机定子为24槽，故画24根平行线代表槽数，并标明每个槽的序号，如图3-9(a)所示。 定极距(分极性)。从第一槽的前半槽起，至最末一槽的后半槽画长线，线的长度代表电动机的总电角度。再按电动机的磁极数来等分，每一等份代表一个极距，相当于180。电角度，然后依次标出极性。极性的排列为

18、N、S、N、S，如图3-9(b)所示。 标电流方向。按照同一极性下导线的电流方向相同，不同极性下导线的电流方向相反的原则画出电流方向。在图3-9(b)中设N极下各线圈边的电流方向都向上，则S极下各线圈边的电流方向都向下。分相带。将每一极划分为3等份，即60度相带，在图3-9(b)中每一相占两槽；假如第l槽为u相的首端，则l、2、7、8、13、14、19、20槽均属于u相。V相首端应与u相首端相差120。电角度，即5、6、11、17、18、23、24槽均属V相，其他槽属于w相。最后在每一个三等份(即60度相带)上依次重复地标出相序号u、V、w。 分别连接各相绕组。按照采用的绕组类型及线圈节距，安

19、置和连接每相线圈组。在上图中，先将u相的两个线圈顺着电流方向连接成线圈组，再依照电流方向将U相各线圈连起来组成u相绕组，如图3-9(c)所示。根据三相间隔120电角度的原则，U相、V相和W相绕组的首端应依次各移过l20电角度，即移过一个极距的23；如u相首端是从第一槽开始，那么，v相的首端就从第5槽开始，w相的首端就从第9槽开始，再按上述方法将V相和w相的各线圈组串接起来，组成V相和W相绕组，这样就构成了一个完整的三相定子绕组展开图，如图3-9(d)所示。图中所示为24槽4极的定子绕组展开图，其极距P为： P=Q2P=244=6(槽) 相应的电度角为180O；U、V相问间隔l20电角度；每极下

20、相占60O相带。 用上述方法画出的各相绕组在定子槽中的位置和所占的槽数清晰明了，可以清楚地看出各相绕组的连接方式和端部接线的方法，因此展开图是嵌线的重要依据。掌握上述的基本概述及绘制步骤后，就可以着手画展开图了。画展开图时，最好用3种不同颜色的笔来画，这样就能更清楚、更容易地区别各相绕组定子槽内的分布情况、安置位置以及连接方法。(2)绕组的连接方法。三相24槽4极电机的单链绕组有短节距和全节距之分。图310为单层链式短节距绕组展开图。画图时先将u相绕组画出，U相绕组的有效边分别安置在线槽l6、712、1318、1924之中，然后再将各线圈连接起来，如图311所示。可以设定任意一个线槽为U相的首

21、端。 图310三相24槽4极电动机的单链(短节距)绕组展开图 同理，W相和V相绕组的安置和连接方法与u相是一样的，只不过w和V相绕组的首端相对第一相绕组的首端依次移过l20的电角度，即移过一个极距的23。如果u相绕组的首端U1从第6号线槽引出，移过一个极距的23，也就是4槽(623)。因此，w相绕组的首端W1应从第2号线槽内引出，V相绕组的首端V1应从第l0号线槽内引出。注意w相绕组的各线圈的连接方向应与另外两相绕组相反，这样可使三相绕组的6根首尾端引出线比较集中，便于和电动机接线板连接。 线圈与线圈的连接方法有反串联和顺串联两种。当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数时，每相绕组中各线圈之

22、问的连接次序就是首端接首端，尾端接尾端，即反串联；当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数的一半时，每相绕组中各线圈之间的连接次序是首端接尾端，即顺串联。这两种方法是绝大多数电动机同一相绕组中各线圈组问的连接规律。 图312为单层链式全节距绕组展开图。图中每两只线圈连绕成一个线圈组，每相共有两个线圈组，正好等于电动机磁极数的一半，因而绕组的连接为顺串联。这个规律对于任何类型的绕组、不同槽数与极数的电动机都是适用的。 图312三相24槽4极电动机的单链绕组(全节距)展开图3绕组的绕制方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绕线模尺寸的确定。在线圈嵌线过程中，有时线圈嵌不下去，或嵌完后难以整形

23、；线圈端部凸出，盖不上端盖，即便勉强盖上也会使导线与端盖相碰触而发生接地短路故障。这些都是因为绕线模的尺寸不合适造成的。绕线模的尺寸选得太小会造成嵌线困难；太大又会浪费导线，使导线难以整形且绕组电阻和端部漏抗都增大，影响了电动机的电气性能。因此，绕线模尺寸必须合适。 选择绕线模的方法：在拆线时应保留一个完整的旧线圈，作为选用新绕组的尺寸依据。新线圈尺寸可直接从旧线圈上测量得出。然后用一段导线按已决定的节距在定子上先测量一下，试做一个绕线模模型来决定绕线模尺寸。端部不要太长或太短，以方便嵌线为宜。 (2)绕线注意事项。 新绕组所用导线的粗细、绕制匝数以及导线面积，应按原绕组的数据选择。 检查一下

24、导线有无掉漆的地方，如有，需涂绝缘漆，晾干后才可绕线。 绕线前，将绕线模正确地安装在绕线机上，用螺钉拧紧，导线放在绕线架上，将线圈始端留出的线头缠在绕线模的小钉上。 摇动手柄，从左向右开始绕线。在绕线的过程中，导线在绕线模中要排列整齐、均匀、不得交叉或打结，并随时注意导线的质量，如果绝缘有损坏应及时修复。 若在绕线过程中发生断线，可在绕完后再焊接接头，但必须把焊接点留在线圈的端接部分，而不准留在槽内，因为在嵌线时槽内部分的导线要承受机械力，容易被损坏。 将扎线放入绕线模的扎线口中，绕到规定匝数时，将线圈从绕线槽上取下，逐一清数线圈匝数，不够的添上，多余的拆下，再用线绳扎好。然后按规定长度留出接

25、线头，剪断导线，从绕线模上取下即可。 采用连绕的方法可减少绕组间的接头。把几个同样的绕线紧固在绕线机上，绕法同上，绕完一把用线绳扎好一把，直到全部完成。按次序把线圈从绕线模上取下，整齐地放在搁线架上，以免碰破导线绝缘层或把线圈搞脏、搞乱，影响线圈质量。 绕线机长时间使用后，齿轮啮合不好，标度不准，一般不用于连绕；用于单把绕线时也应即时校正，绕后清数，确保匝数的准确性。4嵌线的基本方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绝缘材料的裁制。为了保证电动机的质量，新绕组的绝缘必须与原绕组的绝缘相同。小型电动机定子绕组的绝缘，一般用两层0.12mm厚的电缆纸，中间隔一层玻璃(丝)漆布或黄蜡绸。绝缘纸

26、外端部最好用双层，以增加强度。槽绝缘的宽度以放到槽口下角为宜，下线时另用引槽纸，如图313所示。 如果是双层绕组，则上下层之间的绝缘一定要垫好，层间绝缘宽度为槽中间宽度的1.7倍，使上下层导线在槽内的有效边严格分开。为了方便，不用引槽纸也可以，只要将绝缘纸每边高出铁心内径2530mm即可，如图314所示。我们用0.2mm厚的绝缘纸（复合纸）长度=槽长+52=90+10=100mm，宽度=槽深22=1522=60mm。 图3-13伸出槽外的绝缘 图3-14绝缘的大小线圈端部的相间绝缘可根据线圈节距的大小来裁制，保持相间绝缘良好。(2)嵌线方法。单链短节距绕组的嵌线的方法(线圈展开图参见图310)

27、。 a先将第一个线圈的一个有效边嵌入槽6中，线圈的另一个有效边暂时还不能嵌入1槽中。因为线圈的另一个有效边要等到线圈十一和十二的一个有效边分别嵌入槽2、槽4中之后，才能嵌到槽l中去。为了防止未嵌入槽内的线圈边和铁心角相磨破坏导线绝缘层，要在导线的下面垫上一块牛皮纸或绝缘纸。嵌线示意图如图3-15所示。 空一槽暂暂时不嵌入槽内 时不嵌线 第l号线槽 第3号线槽 （a） （b） 图315三相24槽4极电动机的单链绕组嵌线程序示意图 b空一个槽(7号槽)暂时不下线，再将第二个线圈的一个有效边嵌入槽8中。同样，线圈二的另一个有效边要等线圈十二的一个有效边嵌入槽4以后才能嵌入槽3中，如图315(a)所示

28、。然后，再空一个槽(9号槽)暂不嵌线，将线圈三的一个有效边嵌入槽l0中。这时，由于第一、二线圈的有效边已嵌入槽6和槽8中去了，所以，第三个线圈的另一个有效边就可以嵌入槽5中。接下来的嵌法和第三个线圈一样，依次类推，直到全部线圈的有效边都嵌入槽中后，才能将开始嵌线的线圈一和线圈二的另一个有效边分别嵌入槽1和槽3中去，如图315(b)所示。 单链全节距绕组的嵌线方法(线圈展开图参见图312)。全节距线圈的嵌线方法和上面介绍的嵌线方法基本相同，不同的是每两只线圈连绕一起作为一个线圈组。所以在嵌线时要将第一组的两只线圈的有效边分别嵌入槽7和槽8中，第一组线圈的另外两只有效边暂时不嵌入槽l和槽2中；然后

29、，空两个槽(9、10)不嵌线；再嵌另一组的两只线圈的有效边(4个有效边都可以嵌入槽ll、12及5、6内)；然后，再空两个槽(13、14)不嵌线，再将另一组的两只线圈的有效边嵌入槽15、16及9、10中；依次类推，将全部线圈的有效边都嵌入槽内，最后将第一组线圈的两个有效边嵌入槽l、2中。 (3)嵌线的主要工艺要求。嵌线是电机装配中的主要环节，必须按特定的工艺要求进行。 嵌线。嵌线前，应先把绕好线圈的引线理直，并套上黄蜡管，将引槽纸放入槽内，但绝缘纸要高于槽口2530mm，在槽外部分张开。为了加强槽口两端绝缘及机械强度，绝缘纸两端伸出部分应折叠成双层，两端应伸出铁心1Omm左右。然后，将线圈的宽度稍微压缩，使其便于放入定子槽内。 嵌线时，最好在线圈上涂些蜡，这样有利于嵌线。然后，用手将导线的一边疏散开，用手指将导线捻成一个扁片，从定子槽的左端轻轻顺入绝缘纸中，再顺势将导线轻轻地从槽口左端拉入槽内。在导线的另一边与铁心之间垫一张牛皮纸，防止线圈未嵌入的有效边与定子铁心摩擦，划破导线绝缘层。若一次拉入有困难，可将槽外的导线理好放平，再用划线板把导线一根一根地划入槽内，如图316所示。 嵌线时要细心。嵌好一个线圈后要检查一下，看其位置是否正确，然后，再嵌下一个线圈。导线要放在绝缘纸内，若把导线放在绝缘纸与定子槽的中问，将会造成线圈接地或短路。注意，