基于GSM短信通訊的家居智能監(jiān)控系統(tǒng)

張敬普，李永明

（1.平頂山學院 軟件學院，河南 平頂山 467000；2.平頂山學院 計算機學院，河南 平頂山 467000）

隨著GSM網(wǎng)絡移動通信技術的高速發(fā)展，移動通信技術已經(jīng)應用到人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ鞯母鱾€方面[1]?；贕SM短信通訊的家居智能監(jiān)控系統(tǒng)是一個綜合利用GSM網(wǎng)絡通信技術、計算機網(wǎng)絡技術、自動控制技術與自動檢測技術等構成的無線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)道終端設備（門窗、空調(diào)、冰箱等）的開關、終端環(huán)境的溫度的檢測、遠程終端設備電壓的監(jiān)測、紅外防盜報警器的監(jiān)控、煤氣泄露檢測等功能。借助于移動通信GSM網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)，管理人員通過手機可以隨時、隨地掌握家居的工作狀態(tài)和環(huán)境狀況，提高了家居環(huán)境的安全系數(shù)。

1 系統(tǒng)總體結構

本系統(tǒng)是一個有主控制系統(tǒng)組成分布式的監(jiān)測系統(tǒng)，通過GSM網(wǎng)絡，控制系統(tǒng)在主控制系統(tǒng)的控制下進行工作，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 General structure diagram of the system

本系統(tǒng)采用的是價比適當?shù)?9C51單片機和TC35i型GSM模塊。TC35i是新一代無線通信GSM模塊[2]。TC35i由供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35i的核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(shù)字功能。GSM模塊用來與手機終端通信，89C51單片機則用于主控制系統(tǒng)，分別處理溫度部分，AD轉(zhuǎn)換控制部分，遠程終端設備控制部分，紅外防盜報警控制部分及其它控制部分等。

2 系統(tǒng)硬件設計

設備終端采用89C51芯片做單片機的內(nèi)核，其性能優(yōu)越，有40個引腳，1個8位的微處理器，2個16位時鐘定時器記數(shù)器，1個片內(nèi)RAM，1個片內(nèi) ROM，4個8位并行I/O口P0-P3，每個口都可以用做輸入或者輸出，1個全雙工UART的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機于外界的通信。單片機板上有3個發(fā)光二級管，代表終端設備狀態(tài)；一個蜂鳴器，用來紅外防盜、煤氣泄露檢報警等，其中還有兩個I/O口用來檢測門口防盜狀態(tài)；系統(tǒng)中有一個AD轉(zhuǎn)換，用來模擬被監(jiān)測電壓，系統(tǒng)設計電路圖如圖2所示。

單片機直接外接TC35i模塊來接收信息，用串口中斷來檢測信息的到來并且返回當前設備狀態(tài)，經(jīng)過處理接收的信息，單片機做出相應的操作。89C51與TC35i之間通過異步串行接口進行通信，通信速率為9 600 b/s，具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗位。

圖2 系統(tǒng)電路圖Fig.2 Circuit diagram of the system

1）測量部分:采用內(nèi)帶AD轉(zhuǎn)換的DS18B20溫度傳感器，利用89C51單片機把溫度傳感器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)讀取進來。

DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為－55～+125 °C，在－10～+85 °C 范圍內(nèi)，精度為±0.5 °C。 DS1822 的精度較差為±2°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。

DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，它的測量精度可以配置成9位、10位、11位或12位4種狀態(tài)。溫度傳感器在測量完成后將測量的結果存儲在 DS18B20的兩個8BIT的RAM中，單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。

根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500 μs，然后釋放，DS18B20收到信號后等待 16～60 μs 左右， 后發(fā)出 60～240 μs 的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。

2）AD轉(zhuǎn)換控制部分：采用ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，用來模擬被監(jiān)測電壓。

本次設計中使用八通道的 IN0，將 A，B，C（25 24 23）管腳直接接地固定選擇IN0，ALE與ST管腳連通，接單片機P2.3 腳，EOC 接 P2.2 腳，VREF+接 VCC，VREF－接 GND，引出8根數(shù)據(jù)腳接P0口，由此完成硬件連接。

3）設備控制部分：編程控制單片機的I/O口輸出高、低電平來控制繼電器的斷與開，從而來控制監(jiān)測遠程終端設備的斷與開。

4）驅(qū)動控制部分：在本系統(tǒng)中，驅(qū)動模塊用于控制空調(diào)等家用電器的開關從而達到改善室內(nèi)環(huán)境的目的。由于不同型號的繼電器的輸入驅(qū)動電流不同，所以在單片機輸出引腳通過三極管放大控制電流來驅(qū)動繼電器動作，從而使用戶方便地遠程控制家用電器。

3 軟件設計

系統(tǒng)監(jiān)控軟件在平時不斷檢測各報警點的信號，當有異常情況時，智能監(jiān)控模塊自動發(fā)出報警信息進行短信報警，當然也可接收監(jiān)控者的控制指令。本系統(tǒng)軟件設計包括GSM模塊通信軟件，單片機控制板軟件設計等。

3.1 基于GSM通信的軟件設計

下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)所使用的無線通訊模塊都是帶串口的GSM MODEM[3]。標準的GSM模塊都支持GSM07.05所定義的AT[4]命令集的指令。因此，MCU通過UART串口直接向GSM模塊發(fā)AT命令，就可以方便簡潔地實現(xiàn)基于GSM短信息的收發(fā)、查尋和管理。通過串口向SIM300模塊發(fā)送AT指令可以設置短信中心號碼、短信格式、短信接收對象和方式以及TCP服務器等。短信格式一般分為TEXT與PDU[5]，本系統(tǒng)采用Text模式進行發(fā)送和接收短信息。采用Text模式發(fā)送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊、發(fā)送文本短信息和接收短信息，相關的AT指令如下：

1）AT+CSCA=“中心號碼” 設置短信中心號碼，返回OK，表示設置成功。

2）AT+CMGF=1/0 其中，1表示設置消息內(nèi)容為 Text模式模式，0表示設置消息內(nèi)容為PDU模式。返回OK，表示設置成功。在本系統(tǒng)中此設置為1。

3）AT+CNMI=2，1 “AT+CNMI” 用于設置GSM模塊收到新短信后的指示方式[3]，其中2表示當模塊收到短信時，有提示信息返回，返回格式為：+CMTI:“SM”，index。1表示關閉回報功能，否則可能會干擾單片機處理工作，影響系統(tǒng)的工作效率。返回OK，表示設置成功。

4）AT+CMGD=index 刪除序號為index的短信，返回OK，表示刪除成功。

5）AT+CMGS=“手機號碼” 發(fā)送短信命令，輸入此命令后等返回“＞”符號后，即可輸入短信內(nèi)容，用“Ctrl+Z”（在程序中用0X1A0D表示）表示短信結束，成功發(fā)送后模塊返回OK。

6）AT+CMGR=index 讀取序號為index的短信，內(nèi)容包括短信的狀態(tài)，來信號碼，時間及短信內(nèi)容等。

3.2 單片機的程序的設計

系統(tǒng)程序流程軟件設計的重點在于單片機的編程，主要是以下幾個方面：

1）主程序開始要對模塊進行初始化，初始化的工作包括設置串口速率、無線網(wǎng)絡登錄以及設置短信模式為Text模式并且設置異步串口通信方式，本系統(tǒng)中設置波特率9 600 bps，無校驗位，8個數(shù)據(jù)位。在TC35i初始化之前要用定時器延時5 s，等待TC35i自檢完畢后，然后檢查SIM卡，若檢查到無SIM卡，系統(tǒng)就會調(diào)用聲音報警子程序；若有SIM卡則繼續(xù)檢查移動通信運營商，而后再對TC35i進行初始化，主要是用AT命令初始化發(fā)送方式、設置短信中心號碼和登錄網(wǎng)絡的測試等。初始化的程序如下：

2）發(fā)送消息子程序，單片機自動地完成對設備狀態(tài)的循環(huán)檢測，如果監(jiān)控到的數(shù)字量或模擬量出現(xiàn)問題，則單片機就通過AT命令控制TC35i向監(jiān)控者發(fā)送短消息報警，通過向TC35i寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。

發(fā)送“AT+CMGS= 電話號碼”命令，TC35i返回“>”符號。這時發(fā)送的報警信息內(nèi)容必須以字符0X1A結尾。當信息發(fā)送成功時，TC35i返回“OK”， 否則返回“ERROR”。

3）接收消息子程序，通過 AT命令將 GSM模塊設置為接收模式，初始化串口并打開串口中斷[6]。系統(tǒng)對接收到的短消息進行解析，根據(jù)解析出來的發(fā)送端號碼來判斷此短信是否有效，若有效則執(zhí)行相應的命令，否則直接刪除短信。

4）DS18B20溫度傳感器的讀數(shù)子程序，包括將數(shù)據(jù)線置高電平1、延時、數(shù)據(jù)線拉到低電平等過程，相應的程序如下：

4 結束語

本系統(tǒng)通過用戶手機，利用GSM模塊和公共移動網(wǎng)絡，能成功的向遠程終端發(fā)送信息，遠程終端可以通過處理信息，控制多臺遠程終端設備（門窗、空調(diào)、冰箱等）的開關；監(jiān)測終端環(huán)境的溫度；監(jiān)測遠程終端設備的電壓；兩個紅外防盜報警器隨時監(jiān)控等，煤氣泄露檢測，實現(xiàn)了要達到的目標。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有比較廣闊的應用前景。

[1]王志民，李晟.基于GSM短信通訊的路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表，2006（5）：72-74.WANG Zhi-min，LI Cheng.The automatic monitoring system of street light based on GSM communication[J].Automation&Instrumentation，2006（5）：72-74.

[2]范志輝，張平，霍雷.基于GSM的機房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電氣自動化，2009（1）：56-58.FAN Zhi-hui， ZHANG Ping， CUI Lei.Design of a kind of computer-room environment automatic monitoring system based on GSM[J].Electrical Automation，2009（1）：56-58.

[3]盧軍，趙慧濤，鐘華.基于GSM的電機智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2009（19）：85-87.LU Jun， ZHAO Hui-tao， ZHONG Hua.The reaserch on intelligent monitor system of asynchronous motor based on global system for mobile communications[J].Microcomputer Information， 2009（19）：85-87.

[4]Wavecom公司.AT Commands Interface[EB/OL].[2011-07-26]http://www.atasun.net/download.

[5]李德領，馬潮.嵌入式系統(tǒng)中短消息實時處理的實現(xiàn)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2006（1）：33-35，39.LI De-song， MA Chao.The Implementation of SMS real-time processing in Embedded systems[J].Microcontrollers&Embedded Systems，2006（1）：33-35，39.

[6]葉娜.基于GSM的果園土壤濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].河北：河北農(nóng)業(yè)大學，2011.