臧克家, 李寶營, 楊劍飛

基于STC89C52和TC35的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臧克家, 李寶營, 楊劍飛

(大連工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連 116034)

采用STC89C52單片機(jī)作為控制核心,與Siemens公司的GSM模塊TC35進(jìn)行串行通信。通過單片機(jī)對(duì)AT指令的操作,TC35能與用戶的手機(jī)進(jìn)行收發(fā)短信。傳感器檢測(cè)裝置對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將信息送回單片機(jī)處理,輸出控制相關(guān)的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè),聲光報(bào)警,同時(shí)將數(shù)據(jù)信息通過GSM模塊TC35以短信方式傳送給用戶手機(jī),用戶針對(duì)情況做出相應(yīng)的對(duì)策,從而實(shí)現(xiàn)家居安防的智能控制。

智能家居;單片機(jī);煙霧檢測(cè);聲光報(bào)警

0 引 言

隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展,家庭信息化已經(jīng)成為其中重要的一部分,智能家居應(yīng)運(yùn)而生。智能家居使得家居生活更加便捷、安全、舒適,可以輕松解決人們?nèi)粘罁?dān)心的一些問題。作者采用價(jià)格低廉的單片機(jī)[1]、傳感器、GSM通信模塊以及手機(jī)終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn),組成簡單的智能家居系統(tǒng),具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)以STC89C52為控制核心,熱釋電紅外人體紅外檢測(cè)、煤氣泄漏檢測(cè)、火災(zāi)煙霧檢測(cè)等傳感器構(gòu)成環(huán)境信息的采集源,對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),采用Siemens公司GSM模塊TC35進(jìn)行通信,連接家居與手機(jī)用戶,可以進(jìn)行短信收發(fā),將家居環(huán)境的異常情況報(bào)告給用戶,用戶判斷情況后下達(dá)命令實(shí)現(xiàn)了家居安防的遠(yuǎn)近程控制[2]。

系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括了核心控制模塊STC89C52最小系統(tǒng)、GSM模塊TC35最小系統(tǒng)模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器控制模塊、聲光報(bào)警模塊等[3-4]。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖Fig.1 Design diagram of the whole system

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1STC89C52最小系統(tǒng)和RS-232串口模塊設(shè)計(jì)

STC89C52最小系統(tǒng)包括電源電路、上電復(fù)位電路和晶體振蕩器電路,如圖2所示,復(fù)位電路由按鍵和電容電阻組成,按下按鍵即可給單片機(jī)復(fù)位。晶體振蕩器電路選擇的是11.059 2 MHz的晶振,接到單片機(jī)的XTAL 1和XTAL 2引腳[3]。

STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)通用異步接收/發(fā)送器(UART),全雙工串行接口,能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)?；贛AX232的串口模塊,實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232電平相互轉(zhuǎn)換,使得單片機(jī)可與PC機(jī)或者其他也有串口的設(shè)備進(jìn)行RS-232串行通信[4]。

圖2 STC89C52最小系統(tǒng)電路原理圖Fig.2 The minimum system schematics of STC89C52

2.2GSM TC35最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

TC35模塊由GSM基帶處理器、GSM射頻部分、供電模塊(ASIC)、Flash、天線接口等部分組成。圖3是TC35最小系統(tǒng)的原理圖,其中GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心部分,由C166 CPU和一個(gè)DSP處理器控制著整個(gè)模塊內(nèi)部信號(hào)的處理、轉(zhuǎn)換、放大等過程[5]。

圖3 TC35最小系統(tǒng)原理圖Fig.3 The minimum system schematic of TC35

2.3傳感器檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

熱釋電紅外傳感器P2288和紅外傳感信號(hào)處理器BIS0001組成熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊。當(dāng)有人體進(jìn)入檢測(cè)范圍以內(nèi)時(shí),模塊輸出低電平信號(hào)至單片機(jī)外部中斷0[6]。

以HQ-2氣敏管為核心搭建火災(zāi)煙霧檢測(cè)模塊,當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中出現(xiàn)煙霧時(shí),電阻快速減小,煙霧濃度超過一定上限,電路輸出低電平信號(hào)至單片機(jī)外部中斷1。

以MQ-5氣體傳感器為核心搭建煤氣泄漏檢測(cè)模塊,當(dāng)可燃?xì)怏w流經(jīng)MQ-5內(nèi)部氣隙時(shí),氣隙之間的阻值隨可燃性氣體的濃度增大而減小,當(dāng)可燃性氣體濃度達(dá)到上限值時(shí),電路輸出低電平信號(hào)至單片機(jī)外部中斷2。

3 工作流程設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)總控制流程圖

單片機(jī)總控制流程圖如圖4所示。先將SIM CARD插入卡槽,再給TC35模塊上電,并按下S1鍵,當(dāng)TC35的網(wǎng)絡(luò)指示燈按照“64 ms亮/ 3 000 ms滅”閃爍時(shí),即網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功,模塊正確啟動(dòng)[7-9]。

圖4 單片機(jī)控制流程圖Fig.4 The flowchart of SCM control

程序先I/O口初始化,然后進(jìn)入while(1)循環(huán),先進(jìn)行外部中斷、串口發(fā)送接收中斷和定時(shí)器0溢出中斷的初始化,然后等待。當(dāng)有中斷產(chǎn)生時(shí),硬件置位相應(yīng)的中斷標(biāo)志位,申請(qǐng)中斷,由于初始化的時(shí)候已經(jīng)打開總中斷和相應(yīng)中斷,則CPU響應(yīng)中斷,進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序里,對(duì)自己定義的標(biāo)志位(int0_flag、int1_flag、int2_flag、T0_flag)進(jìn)行置位。然后程序返回while(1)循環(huán),當(dāng)判斷到標(biāo)志位(int0_ flag、int1_flag、int2_flag、T0_flag)有一個(gè)置位時(shí),則進(jìn)入發(fā)送短信子程序,根據(jù)不同的標(biāo)志位置位,進(jìn)行相應(yīng)的短信報(bào)警。當(dāng)有盜賊進(jìn)入室內(nèi), int0_flag=1時(shí),則發(fā)送盜賊入侵短信“Thieves invade”給家居主人,并聲光報(bào)警,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0,清除標(biāo)志int0_flag;當(dāng)家中有火災(zāi)時(shí),煙霧報(bào)警器檢測(cè)到煙霧,int1_flag=1,則發(fā)送火災(zāi)煙霧短信“Fire smoke”給家居主人,并聲光報(bào)警,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0,清除標(biāo)志int1_flag;當(dāng)家中有煤氣泄漏,int2_flag=1,則發(fā)送煤氣泄漏短信“Gas leak”給家居主人,并聲光報(bào)警,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0,清除標(biāo)志int2_flag,單片機(jī)繼電器輸出控制排氣扇打開通風(fēng)換氣,電磁閥工作關(guān)斷煤氣管道。定時(shí)器0啟動(dòng)后,定時(shí)器每溢出一次為0.27 ms,設(shè)置每溢出4 000次時(shí)進(jìn)行一次判斷,則定時(shí)為1.08 s,即每1.08 s檢測(cè)一次外部中斷端口的電平,若一直為低電平,則不置位標(biāo)志T0_flag,一旦端口恢復(fù)為高電平,則置位標(biāo)志T0_flag=1。程序在判斷到T0_flag=1時(shí),則發(fā)送解除報(bào)警短信,同時(shí)停止定時(shí),停止聲光報(bào)警,停止電磁閥工作,關(guān)閉排氣扇,并清除標(biāo)志T0_flag。然后進(jìn)入while(1)循環(huán),準(zhǔn)備響應(yīng)下一次中斷的到來[10-11]。

3.2通過串口助手模擬TC35收發(fā)短信

作者通過串口調(diào)試助手軟件STC-ISP模擬試驗(yàn)TC35在PDU模式下收發(fā)中英文短信的過程。

(1)發(fā)送中文短信

發(fā)送一條中文短信“大連工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院”到手機(jī)15012345678。遼寧大連的移動(dòng)短信中心號(hào)是+8613800240500。具體操作如下:

①發(fā)送AT

②發(fā)送AT&F

③發(fā)送AT+CMGF?

+CMGF:0

④發(fā)送AT+CMGS=35

⑤發(fā)送(發(fā)送PDU信息)0891683108200405 F011000D91685148629853F00008AA1459278FD E5DE54E1A59275B664FE1606F5b669662

返回0891683108200405F011000D91685148 629853F00008AA1459278FDE5DE54E1A59275 B664FE1606F5b669662

⑥發(fā)送1A(發(fā)送信息結(jié)束符)

返回0891683108200405F011000D91685148 629853F00008AA1459278FDE5DE54E1A59275 B664FE1606F5b669662

+CMGS:117

(2)接收中英文短信

接收一條中文短信“大連工業(yè)大學(xué)DLPU”來自手機(jī)15012345678。具體操作如下:

①發(fā)送AT

②發(fā)送AT&F

③發(fā)送AT+CREG?

+CREG:0,5

④發(fā)送AT+CMGF?

+CMGF:0

⑤發(fā)送AT+CNMI=2,1,0,0,1

⑥發(fā)送AT+CNMI?

+CNMI:2,1,0,0,1

(當(dāng)有短信接收回來時(shí),返回下面的內(nèi)容)

+CMTI:"SM",26

⑦發(fā)送AT+CMGR=26

+CMGR:0,,40

0891683108200405F0240D91685148629853F 00008316010317220231459278FDE5DE54E1A59 275B660044004C00500055

3.3TC35通過STC89C52發(fā)送短信過程

首先發(fā)送指令“AT&F”格式化短信,用于初始化TC35模塊。然后進(jìn)行判斷,指令若發(fā)送成功,則接著進(jìn)行發(fā)送指令“AT+CMGF=1”用于設(shè)置發(fā)送短信的格式,設(shè)置為TEXT格式。進(jìn)行判斷,指令若發(fā)送成功,則接著發(fā)送指令“AT+ CREG?”,用于查詢網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)情況。進(jìn)行判斷,指令若發(fā)送成功,則接著發(fā)送指令“AT+CSCA= +8613800240500”,用于設(shè)置短信中心號(hào)。進(jìn)行判斷,指令若發(fā)送成功,則接著發(fā)送指令“AT+ CMGS=15842689350”,用于設(shè)置要發(fā)送到的用戶號(hào)碼[12]。進(jìn)行判斷,指令若發(fā)送成功,則發(fā)送指令“Thieves invade”或“Fire smoke”或“Gas leak”或“Alarm clear”,用于設(shè)置發(fā)送的短信內(nèi)容。全部指令發(fā)送完畢后,則短信成功發(fā)送到用戶手機(jī)。

4 結(jié) 論

利用GSM模塊連接到GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)短信的收發(fā),核心控制選擇單片機(jī),通過串口與GSM模塊串行通信,對(duì)GSM模塊進(jìn)行AT指令操作,采用單片機(jī)控制TC35的短信收發(fā)程序編寫以及調(diào)試。在實(shí)現(xiàn)短信的操作后,選擇了紅外熱釋電傳感器P2288,以檢測(cè)人員的入侵,使系統(tǒng)具有防盜功能。在檢測(cè)火災(zāi)煙霧這個(gè)方面,選擇了HQ-2傳感器。最后在煤氣泄漏這方面,選擇MQ-5傳感器,設(shè)計(jì)信號(hào)放大和調(diào)理電路,中斷方式處理。設(shè)計(jì)完成家居安防的智能控制,實(shí)現(xiàn)了家居安防的遠(yuǎn)近程控制。

[1]盧建兵.基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2011,19(10):101-102.

[2]來清民.傳感器與單片機(jī)接口及實(shí)例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008:21-40.

[3]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2011:87-106.

[4]柯國琴.基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào),2011,27(5):21-23.

[5]吳玉田.GSM模塊TC35及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2002,10(8):557-560.

[6]肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路[M].北京:人民郵電出版社,2000:36-80.

[7]陳凱.基于GSM模塊TC35i的收發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(1):91-95.

[8]孫增雷.基于GSM的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的研制[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(6):122-124.

[9]張繼偉.基于TC35的智能家居控制系統(tǒng)[J].電子測(cè)試,2012,7(7):81-85.

[10]吳青.基于TC35i的GSM報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009,25(1):303-307.

[11]JANUSZ P,JAKUB P,PIOTR S.Expandable GSM and GPS systems simulator[J].Elektronika, 2010,51(11):24-26.

[12]楊振華.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào),2009,12 (2):89-92.

Smart home system design based on STC89C52 and TC35

ZANG Kejia, LI Baoying, YANG Jianfei
(School of Information Science and Engineering,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

STC89C52 SCM(single chip microcomputer)was used as the control to make serial communication with the Siemens company’s GSM module TC35.TC35 could send and receive text messages with the user’s mobile phone through the SCM operates AT command.Sensor detection device was used to made real-time monitor of home devices,send the information back to the single-chip,then output the related controlling equipment to realize smoke detection to alarm.At the same time,the data was sent to the user’s mobile phone with a text message through the GSM module TC35 to make appropriate countermeasures for the user to enable the intelligent control of furniture security.

smart home;single chip microcomputer;smoke detection;sound and light alarm

TP273.5

:A

文章編號(hào):1674-1404(2015)05-0383-04

2014-11-04.

臧克家(1989-),男,碩士研究生;通信作者:李寶營(1965-),男,副教授.