基于TC35的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王啟明　饒丹

摘要：隨著信息化的發(fā)展，獲取及時(shí)的家庭安全信息顯得越來越重要。目前很多家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺少智能化，人性化的作用，智能家居通信系統(tǒng)在未來的生活中必將滲透到生活中的方方面面。文章簡單介紹了TC35在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重闡述了在單片機(jī)控制下的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過程，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)性價(jià)比高，易于應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；短消息；TC35；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）02-0353-02

目前的居家門鈴中很多產(chǎn)品只是起到響幾聲的作用，很難起到智能化、人性化的作用。智能化和家居通信系統(tǒng)必將滲透到我們生活的方方面面，這是現(xiàn)代安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。提供方便的信息監(jiān)控和通信、方便快捷的報(bào)警系統(tǒng)是本次項(xiàng)目研究的目的。智能門鈴采用GSM報(bào)警模塊、單片機(jī)編程技術(shù)和串口通信技術(shù)和液晶顯示的基礎(chǔ)上將傳統(tǒng)的門鈴智能化，采用單片機(jī)基本功能控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)批量化和小型化生產(chǎn)，并且保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運(yùn)行，具有較強(qiáng)的抗干擾性。當(dāng)發(fā)生被盜或安全問題時(shí)GSM模塊可以自動(dòng)給用戶發(fā)信息報(bào)警信息，可以讓用戶第一時(shí)間得到消息。溫度傳感器模塊可以讓用戶及時(shí)得知水燒開的時(shí)間，從而讓用戶節(jié)約等水燒開的時(shí)間。電機(jī)模塊可以讓用戶很方便的開啟和關(guān)閉窗戶，改進(jìn)了傳統(tǒng)手動(dòng)開關(guān)窗戶給用戶帶來的不方便。當(dāng)家中不幸著火時(shí)，該系統(tǒng)通過溫度傳感器模塊第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào)，用知用戶滅火或近早離開。鬧鈴模塊可以讓用戶早睡早起養(yǎng)成良好的作息習(xí)慣。

本設(shè)計(jì)是基于西門子TC35模塊和單片機(jī)的一個(gè)應(yīng)用。設(shè)計(jì)中避免了使用有線報(bào)警系統(tǒng)所帶來的隱患，不再依賴于有線電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)警，而是通過移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展最完善，性能可靠安全的GSM網(wǎng)絡(luò)，只需一張SIM卡就能完成工作，不僅簡單實(shí)用而且性價(jià)比高。

1 基于TC35控制的家居安防系統(tǒng)：

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

本設(shè)計(jì)由TC35模塊、煙霧報(bào)警模塊、溫度傳感器模塊、電機(jī)模塊、鬧鐘模塊、音樂模塊及12864顯示模塊構(gòu)成。煙霧傳感模塊采用MQ-2型煙霧傳感器，可燃?xì)怏w、煙霧等與傳感器接觸，在家庭生活和工廠氣體泄漏檢測(cè)裝置中，如果有液化氣、煙霧、丁烷、丙烷、甲烷、酒精等，接觸不銹鋼的腔體就會(huì)引電導(dǎo)率的變化，這樣就可以獲得煙霧濃度的信息。溫度傳感器模塊采用DS1820溫度傳感器，這種數(shù)字化的可編程傳感器可以讀出被測(cè)溫度值，掉電后依然保存用戶設(shè)定的報(bào)警溫度在ROM中，性能良好，占用體積小，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常靈活。當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，高溫報(bào)警。溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，低溫報(bào)警。電機(jī)控制模塊主要由單片機(jī)來控制，編寫一段程序使單片機(jī)發(fā)出的PWM脈沖來實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的控制。鬧鐘模塊采用DS12887時(shí)鐘芯片，內(nèi)帶有鋰電池，斷電十年不丟失數(shù)據(jù)，用二進(jìn)制數(shù)碼或BCD碼表示時(shí)間、日歷和設(shè)置定鬧中斷。音樂模塊用mp3解碼模塊VS1003。

1）TC35模塊：本設(shè)計(jì)通訊全部采用AT+xxx完成。是西門子工業(yè)開發(fā)的支持中文短消息的模塊，由天線、供電、閃存等六個(gè)部分組成。由于使用GSM網(wǎng)絡(luò)，也可以稱之為GSM模塊。這種第二代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，用一張中國移動(dòng)或者聯(lián)通的SIM卡安裝后就可以搜索到附近的蜂窩單元區(qū)域，在900Hz和1800Hz無線電頻率通信。

該模塊的短信模式可以使TEXT模式和PDU模式。PDU模式使用unicode編碼發(fā)送英文和漢字。TEXT模式只能發(fā)送英文。使用AT指令可完成GSM模塊通訊，指令以“**”為模式。例如，AT+CMGR讀短信息。

2）煙霧傳感器模塊：本設(shè)計(jì)所使用傳感器屬于N型二氧化錫半導(dǎo)體MQ-2型煙霧傳感器，其靈敏度高，為防止其損壞影響測(cè)量效果，一般都將其敏感元件定于不銹鋼腔體中。工作范圍在200到300°C時(shí)，液化氣、煙霧、丁烷、丙烷、甲烷、酒精等，接觸不銹鋼的腔體就會(huì)引電導(dǎo)率的變化，測(cè)得濃度值從而進(jìn)行報(bào)警。電路中可以通過調(diào)節(jié)可變電阻調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度，達(dá)到預(yù)期的效果。

3）溫度傳感器模塊：本設(shè)計(jì)采用DS1820溫度傳感器，這個(gè)芯片是世界上第一片一線總線接口的溫度傳感器。數(shù)字可編程溫度傳感器可以直接讀出被測(cè)溫度值（-55°C到+125°C）。不需要A/D轉(zhuǎn)換，減少了系統(tǒng)的硬件電路的成本和整個(gè)系統(tǒng)的體積，而且易于調(diào)試。

系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來提供時(shí)鐘信號(hào)，C1、C2的選擇在30PF左右，晶振頻率為在1.2MHZ～12MHZ之間。溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，高溫報(bào)警； 溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，低溫報(bào)警。

4）電機(jī)模塊：本設(shè)計(jì)控制電路主要由單片機(jī)來控制，編寫一段程序使單片機(jī)發(fā)出的PWM脈沖來實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的控制。新一代的單片機(jī)增加了很多的功能，其中包括PWM功能。單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動(dòng)的發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比的時(shí)候CPU才干預(yù)。隔離電路主要作用是防止驅(qū)動(dòng)電路中的電流過大，與單片機(jī)直接相連是可能會(huì)燒毀單片機(jī)而加的保護(hù)性電路。

5）鬧鐘模塊 ：本設(shè)計(jì)采用DS12887芯片不需要任何外圍電路，微功耗、精度高、工作穩(wěn)定。內(nèi)帶有鋰電池，斷電十年都可以保存用戶設(shè)定的數(shù)值，但在出廠時(shí)防止鋰電池在試用前消耗而將其內(nèi)部晶振關(guān)閉，使用時(shí)可以讓寄存器內(nèi)開關(guān)晶振和復(fù)位分頻鏈編程為010打開晶振并讓RTC計(jì)時(shí)。時(shí)間、日歷、定鬧可以設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)存字節(jié)初始化和設(shè)置，中斷控制在寄存器B和C中. DS12887芯片每秒執(zhí)行一次更新周期，保證鬧鐘模塊的時(shí)間和日期準(zhǔn)確。

6）音樂模塊：本設(shè)計(jì)采用mp3解碼模塊VS1003， 是一個(gè)多功能的從MP3和WMA解碼芯片。有麥克風(fēng)和線入（Line input）兩種輸入方式，MP3，MP3+V，WMA，WAV等常見的音頻解碼格式。支持MP3和WAV流，低功耗、重量10.5g、 PCB尺寸： 50x40.5 mm。由六部分構(gòu)成：內(nèi)部鎖相環(huán)時(shí)鐘倍頻器；高質(zhì)量的立體聲DAC；16位可調(diào)片內(nèi)ADC；30歐的立體聲耳塞驅(qū)動(dòng)；單獨(dú)的模擬、數(shù)字和IO供電電源；SPI 接口（控制信號(hào)線均引出）。設(shè)計(jì)可以通過SD卡存儲(chǔ)卡內(nèi)存放的音樂進(jìn)行播放音樂，實(shí)現(xiàn)mp3功能。

2 結(jié)束語

本次設(shè)計(jì)考慮了目前只能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，針對(duì)日常生活中的火災(zāi)盜竊等隱患進(jìn)行預(yù)警處理。設(shè)計(jì)過程中對(duì)各種可能發(fā)生的情況進(jìn)行了構(gòu)想和實(shí)踐，制定完成了相應(yīng)的功能。對(duì)各種芯片的選擇做了嚴(yán)密的考慮，提高抗干擾能力。此系統(tǒng)借助的是目前發(fā)展最可靠、最成熟的第二代移動(dòng)電話通信系統(tǒng)GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定性強(qiáng)、防盜能力佳，用戶可以用一張SIM卡接入網(wǎng)絡(luò)，方便使用。本設(shè)調(diào)試通過了軟件和硬件，工作正常，性能良好。

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