基于SIM900B家用電器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究*

李美蓮

(安徽三聯(lián)學(xué)院 信息通信技術(shù)系,安徽 合肥 230601)

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，越來越多的家用電器進(jìn)入了尋常百姓的家庭生活，給大家?guī)砹撕芏嗟姆奖愫拖硎?，但現(xiàn)在許多的電器的控制還不夠智能化，不夠人性化。傳統(tǒng)的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般是通過電話與家中網(wǎng)絡(luò)來控制家電，需要另加一臺電腦并保持長期開機(jī)，浪費(fèi)電能，而且一旦停電后再來電，不能自行啟動，從而就不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本文提出了利用手機(jī)短信對家用電器(如電飯煲、空調(diào)、天然氣灶臺等)的遠(yuǎn)程控制,采用鋰電池供電，對家用電器不進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時，系統(tǒng)處于深度睡眠狀態(tài)，非常省電，但一旦開始遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)馬上進(jìn)入工作狀態(tài)。

1 設(shè)計思路

目前家用電器遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)方式主要有撥打家里固定電話和PC控制兩種方式[1]。撥打家里固定電話操作步驟較多、且占用電話資源；而PC控制家電需要一直連接網(wǎng)絡(luò)，浪費(fèi)了資源?，F(xiàn)在GSM數(shù)字通信平臺中的短消息平臺具有通信成本低、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、使用方便快捷等優(yōu)點[2]。如何通過短信來控制家用電器，是值得深入研究的問題，已成為人們的迫切需要。因此，本文提出了利用GPRS的短信功能來控制家用電器的開關(guān)從而進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的方法。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)設(shè)計思路，系統(tǒng)對家用電器狀態(tài)的采集采用了開放式頻率低于1 GHz的RF電路，對人體沒有傷害，無線數(shù)據(jù)采集完全免費(fèi)，對短距離通信穩(wěn)定性高。數(shù)據(jù)經(jīng)采集后發(fā)射給微處理器，由微處理器把信息傳給GPRS，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳給用戶手機(jī)，用戶就會知道家里的電器情況；或者反過來用手機(jī)發(fā)消息通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳給GPRS，GPRS把信息給微處理器，由微處理器控制家用電器的開關(guān)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計

3.1 微處理器

系統(tǒng)采用恩智浦公司推出的基于Cotex-M0內(nèi)核的LPC1114處理器作為嵌入式系統(tǒng)的核心。 LPC1114是一個 32位的低功耗單片機(jī)，供電電壓低(1.8 V～3.6 V)，內(nèi)部自帶有 12 MHz的RC振蕩器，并且在其上電(或復(fù)位)時默認(rèn)使用片內(nèi)的RC為主時鐘源[3]。不過內(nèi)部RC振蕩器的精度不高(一般為1%)，一般在要求較高時還是要使用外部晶振來運(yùn)行。內(nèi)部集成8 KB的片內(nèi)RAM和32 KB的片內(nèi)Flash程序存儲器[4]。其速度快(0.9 DMIPS/MHz)、低功耗、功能強(qiáng)大、價格低廉的特點充分滿足了系統(tǒng)設(shè)計的要求。

3.2 GPRS通信模塊

為了實現(xiàn)用戶能夠用手機(jī)/電話遠(yuǎn)程控制家用電器的開關(guān)，利用了GPRS模塊的短信及語音等功能。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新型的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，具有實時在線、按量計費(fèi)、高速傳輸、自如切換、快捷登錄等優(yōu)點[5]。特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一特點正適合家用電器的遠(yuǎn)程控制。

GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900B模塊。該模塊是屬于B2B類型的四頻GSM/GPRS模塊，采用了非常強(qiáng)大的AMR926EJ-S單芯片處理器，可完全兼容于SIM300/340和SIM340E。其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價比高，工作頻率為 850/900/1 800/1 900 MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸[6]。SIM900B的電路連接如圖2所示。

3.3 無線傳輸模塊

家用電器開關(guān)的數(shù)據(jù)信息采用的是基于TI公司CC1101的無線傳輸電路。這是一款低于1 GHz高性能射頻收發(fā)器，功耗極低，工作電壓為 1.9 V～3.6 V，在待機(jī)模式下電流僅為200 nA，工作時的電流也只有10 mA左右，另外還具有卓越的數(shù)據(jù)包處理能力、通信質(zhì)量優(yōu)、穩(wěn)定性好等特性[7]。在發(fā)送時，只需簡單設(shè)置寄存器，然后按照前導(dǎo)碼、同步字、FIFO數(shù)據(jù)長度、地址(如果接收端開啟了地址過濾)以及FIFO數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行發(fā)送即可；接收時，器件會自動偵測前導(dǎo)碼、同步字、地址信息。在家用電器的遠(yuǎn)程控制中可讓系統(tǒng)一直處于接收狀態(tài)，只有出現(xiàn)意外的情況(如溫度過高、天然氣泄漏、煙霧濃度高等)時，利用中斷來執(zhí)行發(fā)送指令。

3.4 溫度采集及煙霧濃度監(jiān)測模塊

溫度采集采用的是DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20。其體積小，硬件簡單，抗干擾性強(qiáng)，精度能達(dá)到土0.025℃，但軟件稍復(fù)雜[8]，不過對家用電器的溫度采集、處理和分析還是很容易實現(xiàn)的。

對煙霧濃度的檢測采用的是MQ2氣體傳感器，可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置。其對環(huán)境液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等較敏感，在沒有這些氣體影響或者氣體濃度未超過設(shè)定閾值時，數(shù)字接口輸出高電平[9]，模擬接口輸出電壓基本為 0 V；當(dāng)氣體影響超過設(shè)定閾值時，數(shù)字接口輸出低電平，模擬接口輸出的電壓會隨著氣體的影響逐漸增大。當(dāng)濃度超標(biāo)時，系統(tǒng)會發(fā)報警信息到設(shè)定好的手機(jī)上，這樣就可對家中的煙霧、溫度、天然氣進(jìn)行很好的監(jiān)測，以防止意外的發(fā)生。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。

圖2 SIM900B電路圖

4 軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，軟件設(shè)計主要包括中央控制器和無線數(shù)據(jù)采集兩部分。無線數(shù)據(jù)傳輸主要完成家用電器數(shù)據(jù)的采集和傳輸；中央控制器主要把無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過SIM900B發(fā)送到手機(jī)或把手機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)傳給CC1101，以達(dá)到對家用電器的控制。

4.1 中央控制器

主控芯片選用國內(nèi)使用非常廣泛的MDK-ARM做為LPC1114的開發(fā)工具，MDK-ARM的界面與keil的界面差不多，使用起來非常方便。系統(tǒng)的軟件控制框圖如圖4所示。

用戶在遠(yuǎn)程手持設(shè)備發(fā)送指令，由LPC1114讀取并判斷信息，通過CC1101發(fā)送控制指令并接收反饋信息。

4.2 無線數(shù)據(jù)采集

無線數(shù)據(jù)采集模塊CC1101采用TI提供的SmartRF Studio軟件進(jìn)行配置。這個軟件是由Chipcon公司提供的一個射頻仿真軟件，可以對CC1101寄存器的配置進(jìn)行設(shè)置，還能對RF參數(shù)進(jìn)行仿真，操作簡單，使用方便。

以LPC1114為主控芯片，以SIM900B為 GPRS模塊,以CC1101為家用電器無線數(shù)據(jù)采集模塊，設(shè)計了一種以短信來遠(yuǎn)程控制家用電器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)成本低,易安裝,穩(wěn)定性強(qiáng),使用方便,安全可靠，易于推廣。

圖3 硬件電路圖

圖4 系統(tǒng)軟件控制框圖

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[3]夏澎,郝衛(wèi)東.基于嵌入式的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010，29(10)：91-94.

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