基于TC35的智能家居控制系統(tǒng)

張繼偉

（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，泉州 362000）

0 引言

本系統(tǒng)以STC12C5A60S2為主控制器，利用GSM 網(wǎng)絡(luò)TC35模塊結(jié)合組成無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)可對8路數(shù)字量輸入信號、4路模擬量輸入信號進(jìn)行命令和監(jiān)控，以及通過8路繼電器輸出信號本地控制所連接的家電設(shè)備。并設(shè)置指令密碼，只有密碼匹配后才可以對系統(tǒng)進(jìn)行控制?？山Y(jié)合實際傳感器等輸入/輸出設(shè)備對電視、空調(diào)、電燈、熱水器等智能家居設(shè)備遠(yuǎn)程控制及提供報警信息。

1 遠(yuǎn)程控制硬件設(shè)計

1.1 主控制器電路

本設(shè)計采用STC12C5A60S2為核心控制芯片，各部分連接電路如圖1所示。其中，IN0～I(xiàn)N7為8路輸入信號，可采集8路數(shù)字信號，數(shù)字輸入端子高電平有效，其電壓輸入范圍為12～24V；AD0～AD3為4路模擬量信號采集，ADC 端子支持標(biāo)準(zhǔn)的電流或者電壓信號，電壓采集范圍為0～5V，電流采集范圍為4～20mA；Q0～Q7為8路繼電器控制輸出端，數(shù)字輸出為繼電器輸出，可以驅(qū)動直流或交流負(fù)載，其輸出最大電流為3A。

圖1 STC12C5A60S2芯片及連接電路

1.2 串行通訊

本系統(tǒng)由PC 和單片機(jī)組成上位機(jī)和下位機(jī)，可通過VB上位機(jī)界面對各輸出繼電器連接家電設(shè)備進(jìn)行控制，TC35模塊輸入/輸出的TTL 正電平邏輯不是+5V，而是+2.9V，因此必要時加端口保護(hù)。單片機(jī)與TC35串行通訊連接只需要用一個TTL轉(zhuǎn)RS232的芯片MAX232實現(xiàn)，TC35電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

圖2 TC35電平轉(zhuǎn)換電路

1.3 SIM卡和TC35電路

SIM 卡連接電路如圖3所示。圖4為TC35各引腳連接電路圖，其中畫出的部分引腳可懸空處理。單片機(jī)通過兩根I/O 口控制TC35的開關(guān)機(jī)、復(fù)位等，通過串口與TC35進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信速率為9600Kbps，采用8位異步通訊方式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

1.4 電源電路

本設(shè)計中電源部分設(shè)計如圖5所示。模塊的供電電壓如果低于3.3V 會自動關(guān)機(jī)。同時模塊在發(fā)射時，電流峰值可高達(dá)2A。在此電流峰值時，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過0.4V。所以該模塊對電源的要求較高，電源的內(nèi)阻+FFC連接線的電阻必須小于200MΩ。

圖3 SIM 卡電路

圖4 TC35引腳連接電路

圖5 電源電路

1.5 輸入/輸出模塊

外部數(shù)字量信號可通過8路光耦PS2805隔離輸入電路，輸入電壓范圍為12～24V，如圖6所示。

圖6 輸入控制電路

本系統(tǒng)控制8路信號經(jīng)光耦PS2805隔離繼電器輸出，可驅(qū)動直流24～30V或者交流220V的負(fù)載，其輸出最大電流為3A。輸出驅(qū)動電路如圖7所示，繼電器選用SRD-5VDC-SL，其中一路信號輸出如圖8所示。

圖7 輸出控制電路

圖8 繼電器輸入驅(qū)動電路

本系統(tǒng)設(shè)計有4路10位ADC，輸入量程為標(biāo)準(zhǔn)信號0～5V或4～20mA，并且具有輸入濾波、保護(hù)電路，可以采集家電模擬量信號，如溫度、溫度等。其中1路信號電路如圖9所示。

圖9 模擬量輸入電路

2 遠(yuǎn)程控制軟件設(shè)計

本設(shè)計采用VB6.0作為編譯環(huán)境設(shè)計上位機(jī)程序，運(yùn)用串口通訊控件MSComm，通過相關(guān)組件實現(xiàn)并編寫數(shù)據(jù)的采集和輸入/輸出控制程序。

采用STC12C5A60S2作為下位機(jī)，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。軟件設(shè)計以Keil uVision3作為編譯環(huán)境，用C 語言編寫下位機(jī)程序，并將各部分功能以模塊形式加入到程序中。

2.1 上位機(jī)軟件

（1）短信控制繼電器輸出

上位機(jī)程序界面如圖10所示，其中數(shù)字量輸入模塊可通過I0～I(xiàn)7將采集信號反饋至系統(tǒng)，可通過短信設(shè)置報警信息。數(shù)字量狀態(tài)Q0～Q7分別對應(yīng)繼電器1～8輸出動作。可通過上位機(jī)手動控制或通過手機(jī)短信控制對應(yīng)8路繼電器動作。

圖10 上位機(jī)程序界面

本系統(tǒng)設(shè)置控制密碼為“111111”，繼電器的模塊控制指令為“設(shè)備*開”、“設(shè)備*關(guān)”、回復(fù)短信為“設(shè)備*設(shè)置成功”，其中的*為通道數(shù)。繼電器的開關(guān)命令及回復(fù)短信的內(nèi)容通過配置軟件修改的。

（2）模擬量查詢

通過設(shè)置控制密碼“111111”和模擬量的查詢指令“通道*電壓”，可以查詢相應(yīng)通道的信息。

（3）短信報警

本系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)字通道報警，通過配置上位機(jī)軟件設(shè)置報警手機(jī)號碼，設(shè)置完成后，當(dāng)數(shù)字通道的電壓超過閾值時，主板就會向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送報警短信，短信內(nèi)容可以通過配置軟件修改。

2.2 下位機(jī)軟件

下位機(jī)設(shè)計采用Keil C 編程軟件對單片機(jī)進(jìn)行編程，并實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)采集與處理和數(shù)據(jù)傳輸功能。當(dāng)系統(tǒng)上電后單片機(jī)啟動TC35模塊并完成初始化，等待短信到來，當(dāng)有短信時單片機(jī)通過對串口數(shù)據(jù)讀取并和程序內(nèi)部事先編制的短信內(nèi)容進(jìn)行對比，如果與控制命令相符，單片機(jī)對信號進(jìn)行編碼查表，通過發(fā)送并接收電路完成繼電器的啟動和停止，并最終控制家電設(shè)備工作。單片機(jī)對TC35模塊的控制采用AT 指令。單片機(jī)通過AT 指令對TC35模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。

3 實驗及測試

對本系統(tǒng)各功能進(jìn)行實驗及測試。

1）繼電器控制：可通過上位機(jī)的按鈕控制繼電器動作，也可以用短信模式控制輸出。如遠(yuǎn)程控制第2路繼電器動作，則向主板手機(jī)號碼15059816067發(fā)送短信“111111*電燈開”，幾秒鐘后，控制系統(tǒng)中的第2路繼電器吸合，對應(yīng)上位機(jī)Q1數(shù)字量輸出按鈕亮顯（見圖10）。同時手機(jī)收到回復(fù)短信“電燈設(shè)置成功”，如果想要關(guān)閉第2路繼電器，則發(fā)送短信“111111*電燈關(guān)”。同樣的方法，可以控制主板上的其他繼電器動作。

2）模擬量查詢：采集第1通道的室內(nèi)溫度的電壓值，則發(fā)送短信“111111*室內(nèi)溫度電壓”，幾秒鐘后，收到回復(fù)短信，指示主板第1模擬量通道及當(dāng)前的電壓值。

3）短信報警：在設(shè)防狀態(tài)下，當(dāng)檢測到輸入探測器信號動作，通過數(shù)字通道1向設(shè)定號碼發(fā)送“入侵報警”信號，軟件配置如圖10所示。

目前，通過測試，上位機(jī)軟件運(yùn)行可靠，手機(jī)短信采集信息和命令控制操作均達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求，能夠滿足本系統(tǒng)控制功能。根據(jù)智能家居控制應(yīng)用需求，可選用相應(yīng)信號測控元器件，實現(xiàn)防盜、防火、防燃?xì)庑孤┑劝踩婪豆δ堋?/p>

[1]西門子公司.TC35/37 Hardware Interface Description[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/e168c438376baf1ffc4fada1.html，2001.

[2]UTStarcom.AT Command Set-Siemens Cellular Engines [EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/a345ac0d7cd184254b353553.html，2002.

[3]葉丹霞.GSM模塊TC35及在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(5)：70-72，75.

[4]曾國敬.一種智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011(4)：89-92.

[5]楊虹.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的家電控制平臺的設(shè)計[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010(18)：20-22.

[6]周艷麗.利用TC35i和PC機(jī)實現(xiàn)短消息的收發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(15)：195-197.

[7]田豐.基于TC35的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程，2008，34(23)：105-106.

[8]余熾業(yè).一種智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電測與儀表，2011(2)：36-39.