基于GSM的煤氣實時報警系統(tǒng)

摘 要：介紹了基于GSM的煤氣實時報警系統(tǒng)，闡述了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)方案及工作流程，并對硬件模塊及軟件的設(shè)計做了詳細(xì)的介紹。整個系統(tǒng)屬于基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居的一部分，主要實現(xiàn)室內(nèi)煤氣及溫濕度的監(jiān)測，并在發(fā)生煤氣泄漏及火災(zāi)時給用戶發(fā)送報警短信，用戶也可以通過手機(jī)短信方式對家電的開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：智能家居；GSM；報警

中圖分類號：TP36；TP39 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：2095-1302（2014）06-0027-02

0引言

隨著科技的不斷發(fā)展，家用的電氣設(shè)備也步入智能化時代，所以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居逐漸走進(jìn)大家的生活。物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的又一代新的信息技術(shù)，而對于作為新一代的信息技術(shù)來說它的發(fā)展才剛起步，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)安全化是現(xiàn)階段主要解決的問題。而從國家層面上來講，新的技術(shù)革命必將帶來巨大的政治影響力和經(jīng)濟(jì)利益。

無線通訊已是我們生活中必不可少的一部分了，而手機(jī)依然成為了每一位市民所不可缺少的一樣工具。在工作日益辛苦的今天，多數(shù)時間都是用在工作上，白天在家的時間當(dāng)然就很少，使用智能家居監(jiān)測家里狀態(tài)以及對家電的遠(yuǎn)程控制就顯得很有必要?；贕SM的煤氣實時報警系統(tǒng)能實現(xiàn)對室內(nèi)煤氣及溫濕度的監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生煤氣泄漏及火災(zāi)時給用戶發(fā)送報警短信，并且用戶可以通過手機(jī)短信方式對家電的開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

1系統(tǒng)實現(xiàn)方案及工作流程

1.1系統(tǒng)實現(xiàn)方案

整個系統(tǒng)分為一個主機(jī)和兩個分機(jī)，主機(jī)控制GSM模塊接收和發(fā)送短信，解析接收到的短信命令并通過ZigBee無線通信模塊對兩個分機(jī)進(jìn)行控制。而兩個分機(jī)分別是環(huán)境監(jiān)測分機(jī)和家電控制分機(jī)，家電控制分機(jī)只要通過ZigBee無線模塊接收到主機(jī)發(fā)送來的指令后對家電做出開和關(guān)等操作，環(huán)境監(jiān)測分機(jī)主要負(fù)責(zé)采集室內(nèi)的溫濕度和一氧化碳濃度，然后把數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信模塊發(fā)送到主機(jī)上處理并實時顯示。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件框圖

1.2工作流程

主機(jī)作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心和控制中心，環(huán)境監(jiān)測分機(jī)把一氧化碳傳感器和溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線模塊發(fā)送到主機(jī)上，然后主機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，換算成對應(yīng)的一氧化碳濃度和溫濕度在LCD上顯示并和所設(shè)置的閾值進(jìn)行對比，若一氧化碳的濃度或者溫度高于所設(shè)置的閾值時，主機(jī)通過GSM模塊給指定用戶的手機(jī)發(fā)送報警短信并發(fā)出警告鳴叫聲。當(dāng)主機(jī)接收到新的短信命令時，更具短信命令的內(nèi)容通過ZigBee無線模塊控制家電控制模塊對家電進(jìn)行打開或者關(guān)閉等操作。

2硬件功能模塊設(shè)計

2.1GSM無線通信模塊

系統(tǒng)采用SIM300模塊作為GSM無線通信模塊，和其他GSM模塊一樣，SIM300模塊是通過AT指令進(jìn)行短信的收發(fā)以及數(shù)據(jù)的擦除。SIM300的通信端口為USART方式，微控制器通過串口通信對其發(fā)送AT指令即可控制SIM300模塊，使用非常簡單，常用的短消息AT指令如下：

AT+CSM S：選擇消息服務(wù)。支持的服務(wù)有GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB；

AT+CPM S：優(yōu)先信息存儲。這個命令定義用來讀寫信息的存儲區(qū)域；

AT+CM GF：優(yōu)先信息格式。執(zhí)行格式有TEXT 方式和PDU 方式；

AT+CSAS：保存設(shè)置。保存+CSAS和+CSMP的參數(shù)；

AT+CNM I：新信息指示。這個命令選擇如何從網(wǎng)絡(luò)上接收短信息；

AT+CM GR：讀短信。信息從+CPMS命令設(shè)定的存儲器讀??；

AT+CM GL：列出存儲的信息；

AT+CM GS：發(fā)出信息；

AT+CM SS：從存儲器中發(fā)送信息；

AT+CM GD：刪除短信息。刪除一個或多個短信息。

2.2ZigBee無線模塊

系統(tǒng)的ZigBee模塊是使用佳杰CC2530 ZigBee無線傳輸模塊，由于CC2530芯片內(nèi)部內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)51核，所以CC2530 ZigBee無線傳輸模塊只需要和微控制器的串口相連接，就可以做到像使用串口一樣使用CC2530 ZigBee無線傳輸模塊，使用非常方便。

在整個系統(tǒng)中，總共使用了三個ZigBee模塊，主機(jī)使用的模塊設(shè)為路由，兩個分機(jī)的模塊設(shè)置為節(jié)點，在上電后，三個模塊會自動組網(wǎng)，這樣可以實現(xiàn)三個模塊中任意一對一或者一對多進(jìn)行通信，組網(wǎng)示意圖如圖2所示。

圖2ZigBee MESH網(wǎng)的絡(luò)組網(wǎng)示意圖

其任意節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信格式如下：

向某個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)：FD+16位短地址+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)；

向某個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)：FA+64位IEEE地址+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)；

向每個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)【透明傳輸】；

向每個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)：FD+FFFF+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)；

向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)：FD+0000+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)。

3軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計上，為了保證實時檢測環(huán)境和報警，本次項目采用uC/OS II實時操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)有著實時性高，代碼量小，占用資源少，易于開發(fā)等優(yōu)點。在此之上還加上了基于uCGUI的界面設(shè)計，使整個軟件系統(tǒng)容易使用，界面元素豐富且更有人性化。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在uC/OS II實時操作系統(tǒng)中，本設(shè)計把所有驅(qū)動以及數(shù)據(jù)處理分做3個任務(wù)進(jìn)行實時調(diào)度與切換，任務(wù)一為LCD驅(qū)動以及觸摸屏的實時刷新，任務(wù)二為GSM指令數(shù)據(jù)的接收與解析處理，任務(wù)三為兩個串口以及RTC的中斷處理。這樣的多任務(wù)同時進(jìn)行，保證了整個軟件系統(tǒng)的實時性。

圖3主機(jī)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4調(diào)試結(jié)果

系統(tǒng)實現(xiàn)了對室內(nèi)溫室度和一氧化碳濃度的實時監(jiān)測報警，以及通過手機(jī)短信方式對家電的遠(yuǎn)程開關(guān)控制。其功能以及指標(biāo)如下：

（1） 環(huán)境監(jiān)測分機(jī)實時采集環(huán)境中的溫度、濕度以及一氧化碳濃度每隔1秒發(fā)送一次給主機(jī)，主機(jī)通過LCD觸摸屏顯示出來。

（2） 在主機(jī)的LCD觸摸屏上實時顯示溫度、濕度、一氧化碳濃度以及實時時鐘，其中時鐘包括年、月、日、時、分、秒以及星期。

（3） 主機(jī)可以手動設(shè)置報警的短信接收號碼、報警閾值、日期以及時鐘。

（4） 當(dāng)監(jiān)測到室內(nèi)空氣中的溫度或者一氧化碳濃度高于所設(shè)置的閾值時，發(fā)送報警短信到所設(shè)置的手機(jī)號碼上，同時也把當(dāng)前的溫度和一氧化碳濃度的數(shù)據(jù)發(fā)送到該手機(jī)號碼上。

（5） 可以使用任何號碼的手機(jī)發(fā)送指令獲取當(dāng)前溫濕度以和一氧化碳濃度的數(shù)據(jù)以及打開或者關(guān)閉家電等操作。其指令如下：

“data”：獲取當(dāng)前溫濕度以和一氧化碳濃度；

“1：op”：打開家電；

“1：cl”：關(guān)閉家電。

5存在的問題及解決方法

由于uC/OS-II任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)會出接收到短信命令而未做出相應(yīng)操作的情況。該問題可以將任務(wù)細(xì)分化，操作不是很平凡的任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)置相對較低，這樣可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和實時性。

6結(jié)語

基于GSM無線通信技術(shù)和ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開發(fā)的煤氣實時報警及家電控制系統(tǒng)通過手機(jī)短信方式對室內(nèi)實時監(jiān)測及對家電的遠(yuǎn)程控制，是一套低成本和較低開發(fā)難度的智能家居解決方案。它充分利用手機(jī)對室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測及家電的控制，具有很高的實用性和可靠性，而且具有較大的市場潛力和發(fā)展空間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黃智偉，王兵，朱衛(wèi)華. STM32F 32位ARM微控制器應(yīng)用設(shè)計與實踐[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[2] （美） Jean J. Labrosse. 嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[3]郭淵博. ZigBee技術(shù)與應(yīng)用：CC2430設(shè)計、開發(fā)與實踐[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]中興通訊NC教育管理中心. GSM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用：原理/設(shè)備/仿真實踐[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[5]彭軍. 圖解新概念電子電路：基礎(chǔ)知識/模擬、數(shù)字、傳感器控制電路/電源電路[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.

[6] Oancea， C.D. GSM infrastructure used for data transmission[A]. Advanced Topics in Electrical Engineering （ATEE）， 2011 7th International Symposium on.

[7] Xiaohui Li ， Kangling Fang， Jinguang Gu，Liang Zhang. An Improved ZigBee Routing Strategy for Monitoring System[A]. Intelligent Networks and Intelligent Systems， 2008. ICINIS '08. First International Conference on