基于GSM技術的智能家居系統(tǒng)

李翔宇 韓曉東 尹振一

摘要：本文介紹了一種基于GSM短信發(fā)送技術的智能家居系統(tǒng)的工作原理以及主要功能。該智能家居系統(tǒng)采用STC89C52單片機為核心控制板，通過各種傳感器對室內(nèi)的溫度、煙霧濃度、有無人員進出等信息進行采集，利用GSM短信發(fā)送功能，實現(xiàn)對室內(nèi)信息的讀取和遠程操作。實踐研究表明此系統(tǒng)安全性高，成本低，符合市場的需求。

關鍵詞：GSM技術;STC89C52單片機;信息讀取;遠程操作

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，智能家居已走進千家萬戶，如何建立一個高效、安全、低成本、可靠的智能家居系統(tǒng)已成為社會關注的一個焦點。GSM系統(tǒng)可以透過蜂窩基站的覆蓋面，很容易實現(xiàn)點與點之間的信息傳輸，并且通過GSM系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)具有較好的加密性。本系統(tǒng)正是通過GSM信息傳輸?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)信息反饋以及遠程控制的功能。

1 硬件設計方案

系統(tǒng)根據(jù)DS18B20溫度傳感器、紅外傳感器、MQ-2煙霧傳感器將采集到的信息，通過GSM技術[1]發(fā)送到用戶手機，用戶可以實時查看室內(nèi)有關信息。此智能家居系統(tǒng)還具備智能控制功能，當感應到有外人進入時，用戶就會收到短信提示有外人闖入并且室內(nèi)的報警裝置啟動;當檢測到室內(nèi)有害氣體濃度超標時，自動開啟水泵以及風扇裝置進行排除氣體。此外，用戶可以通過手機終端，對室內(nèi)系統(tǒng)的裝置進行遠程控制。此智能家居系統(tǒng)采用模塊化的設計，各個模塊可以高效、可靠的進行工作。系統(tǒng)硬件設計圖如圖1所示。

1.1終端傳感器

DS18B20溫度傳感器用來檢測室內(nèi)的溫度，將檢測到的溫度信息傳送給單片機[2]。DS18B20傳感器采用單總線的接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。該溫度傳感器經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。

紅外傳感器用來檢測室內(nèi)是否有外人闖入。此系統(tǒng)選用紅外熱釋電傳感器，它是一款基于熱釋電效應的人體熱釋運動傳感器，能檢測到人體或動物身上發(fā)出的紅外線，配合菲涅爾透鏡能使傳感器探測范圍更遠更廣。當有人進入開關感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人如果不離開感應范圍，將持續(xù)輸出高電平;人離開后，自動關閉負載。

MQ-2煙霧傳感器負責檢測室內(nèi)的煙霧濃度，煙霧濃度會轉化為傳感器內(nèi)的電壓值，單片機通過采集到的電壓值進行相關操作。MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到煙霧的變化，就會引起表面導電率的變化。利用這一點就可以獲得煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，導電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。煙霧傳感器電路原理如圖2所示。

1.2報警模塊

智能家居系統(tǒng)采用蜂鳴器進行報警。蜂鳴器分為線圈式、壓電陶瓷式，此系統(tǒng)采用線圈式的蜂鳴器，此蜂鳴器體積小、裝置內(nèi)的電流小、具有較好的安全可靠性。當檢測到有外人闖入時，單片機控制I/O口上的高低電平，讓蜂鳴器內(nèi)的三極管電路工作，此時蜂鳴器發(fā)出響聲即為報警裝置啟動。

1.3GSM信息傳輸模塊

GSM模塊是一個類似于手機的通訊模塊，集成了手機的若干功能于一塊電路板上，可以發(fā)送短消息[3]，通話等等。單片機需要通過特定的指令來控制GSM模塊進行信息的發(fā)送及反饋。GSM模塊具有體積微小、成本低的特點，基于以上特點GSM模塊適合智能家居系統(tǒng)的硬件設計。

2 系統(tǒng)軟件設計

此智能家居系統(tǒng)[4]軟件部分包括智能控制設計和信息傳輸設計，具體流程如圖3所示。

2.1 智能控制設計

此系統(tǒng)具有自動報警、自動去除氣體以及滅除火情的功能。紅外傳感器檢測室內(nèi)是否有外人闖入，如果有將高電平傳送給單片機，當單片機接收紅外傳感器的I/O口檢測到高電平時，編寫程序?qū)⒎澍Q器的I/O口輸出高電平，即報警裝置啟動實現(xiàn)自動報警的功能。

自動去除氣體以及滅除火情軟件設計，首先MQ-2煙霧傳感器檢測室內(nèi)的煙霧濃度，單片機采集煙霧濃度傳感器的電壓值，編程設計標準的濃度范圍，當超過此濃度范圍時，設計程序?qū)崿F(xiàn)風扇以及抽水泵系統(tǒng)的工作，從而實現(xiàn)去除有害氣體以及滅火的功能。

2.2 信息傳輸設計

系統(tǒng)利用GSM模塊實現(xiàn)信息傳輸，GSM模塊[5]收發(fā)短信時，分為兩種模式分別為text模式和PDU模式，如果只需要發(fā)送英文內(nèi)容，則需要設置為text模式，如果發(fā)送中文內(nèi)容，則必須設置為PDU模式。整個系統(tǒng)軟件設計采用C程序進行編寫，系統(tǒng)首先對單片機以及GSM模塊進行初始化，STC89C52單片機不斷檢測傳感器的I/O口，當檢測到傳感器發(fā)生電平變化時，進入中斷系統(tǒng)，中斷子程序負責完成室內(nèi)相關信息的短信發(fā)送工作。單片機需要通過串口發(fā)送一系列的AT指令給GSM模塊，GSM模塊依據(jù)發(fā)出的指令來進行短信的收發(fā)和管理。

該系統(tǒng)同樣可以實現(xiàn)手機遠程操作的功能，首先在單片機中設計好各條指令對應開啟特定的I/O口來完成遠程操作終端的功能，設計完成后用戶通過發(fā)送短信的方式來進行風扇、抽水泵以及報警器的開啟關閉。

3 結束語

本設計方案利用GSM信息通信技術[6]，實現(xiàn)了對室內(nèi)氣體、溫度、有無人員等信息的實時檢測以及遠程操作功能。依據(jù)GSM模塊體積小的特點將其和單片機控制板集成在同一個線路板上，不僅節(jié)約了系統(tǒng)的整體成本，而且提高了各個模塊的通信效率。此外，該智能家居系統(tǒng)不僅可以用于普通居民住宅，而且還可以將裝置用于倉庫、廠房等需要安全監(jiān)控的地方，應用前景非常廣泛。

參考文獻：

[1]劉松，趙忠，孫學磊.基于GSM的遠程家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2009，32（1）：89-91

[2]王靜霞.《單片機應用技術（C語言版）》，電子工業(yè)出版社，2009

[3]張俊.SMS短消息傳輸?shù)倪h端控制技術及其實現(xiàn)[J].儀器儀表學報，2003，24（4）：610-611

[4]楊利平.基于網(wǎng)絡技術的遠程智能家居系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2009，25（4）：309-311

[5]曾志永，凌振寶，王君.基于GSM技術的智能家居系統(tǒng)的設計.電子技術應用，2005，31（9）：31-33.

[6]竇文君.基于GSM網(wǎng)絡的接地線監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2007