“互聯(lián)網(wǎng)+”智能家居監(jiān)控系統(tǒng)研究＊

劉 祎 ， 劉 萍 ， 佘 勃

（宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生活質(zhì)量提出了更高要求，越來越需要一個舒適、便捷、安全的生活環(huán)境。恰恰如此，“互聯(lián)網(wǎng)+”智能家居的誕生正好符合人們對生活環(huán)境控制的一些要求。智能家居重點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)和智能控制的結(jié)合?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”智能家居是一種可將生活中各個要素結(jié)合起來的家庭管理平臺，它基于無線通信技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。文章就此展開研究。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

“互聯(lián)網(wǎng)+”智能家居系統(tǒng)通過GSM無線通信模塊將用戶手機(jī)和家居系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。該設(shè)計包括的功能有短信控制繼電器、LED燈。隨著人們生活水平的提高，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)還必須實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、有毒氣體監(jiān)控等功能，以便讓家居生活更加舒適、安全、有效。具體實(shí)現(xiàn)功能如下：1）實(shí)現(xiàn)短信控制繼電器。這里的繼電器模擬的是一個常用家電，可以是電燈、也可以是熱水器等。2）實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制繼電器。運(yùn)用DS18B20實(shí)現(xiàn)對溫度的監(jiān)控。當(dāng)溫度超出范圍時，單片機(jī)就可以發(fā)出信號控制繼電器，在這里繼電器模擬的是空調(diào)。3）實(shí)現(xiàn)有毒氣體報警。當(dāng)煙霧傳感器遇到可燃性氣體時，板子上的蜂鳴器將發(fā)出報警信號。

本次設(shè)計的主要控制芯片是STC89C52單片機(jī)，由溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)、紅外光電傳感器提供側(cè)方物體的距離數(shù)據(jù)和超聲波傳感器提供后方物體的距離數(shù)據(jù)，然后通過液晶模塊實(shí)時顯示，并且使用蜂鳴器報警。根據(jù)整個硬件電路的工作原理，硬件電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 繼電器模塊

繼電器是一種用弱電控制強(qiáng)電的電子控制器件，通常在PLC中使用的非常多，也可與單片機(jī)相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能[1-2]。本設(shè)計中當(dāng)發(fā)生報警時，可以通過控制繼電器的開關(guān)來執(zhí)行相關(guān)元件或設(shè)備發(fā)生動作（控制小臺燈），其電路控制如圖2所示。

1.2 MQ-2煙霧傳感器

MQ-2氣體傳感器是一種常用的氣體檢測裝置，它對可燃性氣體、液化氣等敏感，在工業(yè)上常使用它對以上氣體進(jìn)行監(jiān)測。本傳感器用在家庭中使用也可對家人的安全提供一定的保護(hù)。其電路原理圖如圖3所示。

1.3 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是常用的溫度傳感器，它以較高的靈敏度在很多場合被使用，而它只占用一個I/O口也使它對單片機(jī)造成的負(fù)擔(dān)比較小。它可與多個相同芯片并聯(lián)使用，每一個芯片都有唯一的ID，18B20是一個單數(shù)據(jù)線通信芯片[3]，這種類型的芯片在通信的難度上主要會出現(xiàn)在時序方面，即它的讀寫過程都是通過它的I/O口實(shí)現(xiàn)。

圖3 煙霧傳感器電路圖

1.4 TC35模塊

Siemens 公司的 TC35 模塊是常用的通信模塊，在本次設(shè)計中主要使用它和單片機(jī)聯(lián)合開發(fā)，進(jìn)而通過發(fā)短信來控制單片機(jī)，來實(shí)現(xiàn)繼電器的開關(guān)。其實(shí)物圖如圖4所示。

1.5 電源電路設(shè)計

GSM模塊啟動電流比較大，要達(dá)到1A以上，單片機(jī)設(shè)計的LM7805穩(wěn)壓電路是帶不動的，需要采用專門的電源來給是TC35i供電。只需給單片機(jī)和1602提供5V穩(wěn)壓電源就可以，在本系統(tǒng)中，采用了開關(guān)電源芯片，而LM7805完成從 12V 到 5V 的轉(zhuǎn)換，主要作為對單片機(jī)進(jìn)行供電。其電源電路如圖5所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 測溫顯示程序設(shè)計

1）溫度的測量。本設(shè)計采用DS18b20進(jìn)行溫度的測量，它的地址線、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)的出入都是通過它的I/O口完成的，在進(jìn)行實(shí)際的溫度編程應(yīng)當(dāng)注意它的時序問題，在溫度的測取和輸出的過程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)难訒r，延時時間以480毫秒為基數(shù)，即延時時間不可以小于這個數(shù)值。其中，具體的操作數(shù)參照美信公司給出的芯片基數(shù)手冊。

圖4 TC35 GSM模塊

圖5 電源電路

2）顯示模塊。顯示模塊采用1602來實(shí)現(xiàn)，更具設(shè)計的使用要求，選擇顯示實(shí)時的室溫，以及室溫要求的上下界，并通過軟件的控制實(shí)現(xiàn)溫度的模擬調(diào)節(jié)。在顯示程序的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)注意的是1602的字符顯示的位置，以及對比度的調(diào)節(jié)。在程序編制時，就使用顯示模塊以及溫度讀取模塊函數(shù)。

2.2 TC35程序設(shè)計

1）短信息的預(yù)制。系統(tǒng)中報警短信息是提前預(yù)制好的，它跟一般的短信息有所不同。二者最大的區(qū)別就是短信息的內(nèi)容不同。依據(jù)實(shí)際的需要，嚴(yán)格地說，要求信息的格式固定，而且組成應(yīng)該有特殊性，不僅便于記憶、有提示性，還要簡單明了。且這種固定的格式要彼此關(guān)聯(lián)[4]。

2）短信發(fā)送程序設(shè)計。短信息的發(fā)送格式并不是像平時所發(fā)送的那樣隨意，短信格式必須符合在程序中的設(shè)定，以一定格式的英文發(fā)送，短信息收發(fā)中采用TEXT編碼模式。短信息的實(shí)現(xiàn)過程中，如果發(fā)送短信息，其主要工作是將發(fā)送的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的編碼，其次將需要發(fā)送的信息、目標(biāo)地址等信息按照TEXT的格式發(fā)送出去。如果是接收短信息，其主要工作就是將接收到的短信息內(nèi)容進(jìn)行解碼[5-6]，從TEXT格式短信中獲取SMS服務(wù)中心號碼、發(fā)送號碼、短信發(fā)送的時間等等。短信息發(fā)送流程圖如圖6所示。

3 結(jié)束語

隨著GSM網(wǎng)絡(luò)的各種增值服務(wù)的不斷更新，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必然能與移動通信技術(shù)的發(fā)展同步，因而具有廣闊的前景。但它的速度比較慢，適合遠(yuǎn)程監(jiān)控中心站的管理。隨著整個通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展越來越完善，功能越來越強(qiáng)大。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，各種智能家居系統(tǒng)的普及，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用也必將隨之一起發(fā)展，一起完善。進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時代，人與人之間、人與物之間、物與物之間的聯(lián)系將會相當(dāng)?shù)木o密、頻繁，世間萬物都可以觸控，屆時真正進(jìn)入地球村時代。

圖6 短信息發(fā)送流程圖