基于紅外和GSM模塊的智能家居系統(tǒng)

黃哲銳+曾欣欣+梁同樂

項目概述

行業(yè)背景：物聯(lián)網(wǎng)組成了是新一代信息技術(shù)的重要部分。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。即建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的，實現(xiàn)物與物之間進行信息交流和通信的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)、云技術(shù)、廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的應(yīng)用拓展，應(yīng)用創(chuàng)新是發(fā)展的關(guān)鍵。安全運行是智能互聯(lián)系統(tǒng)得以發(fā)揮作用的保障。

國家政策：2013年9月，國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部、科技部三部委聯(lián)合印發(fā)了《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項行動計劃》。明確將智能家居作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)來培育發(fā)展，將智能家居列入9大重點領(lǐng)域應(yīng)用示范工程中。（詳見發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項行動計劃》，9大應(yīng)用領(lǐng)域分別是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸流通、生態(tài)環(huán)境、交通管理、安全生產(chǎn)、公共安全、城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、智能家居等領(lǐng)域）。

市場背景：目前智能家居應(yīng)用范圍及功能分析。

智能燈光、插座控制。通過多種方式，如手動、遙控、平板電腦、智能手機、個人電腦、定時等方式對燈光插座進行單開、單關(guān)、全開、全關(guān)以及情景控制。

智能安防監(jiān)控。實時監(jiān)控一一通過平板電腦、智能手機實時顯示攝像機視頻監(jiān)控畫面；將監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)存儲在SD卡上；

場景定時。把設(shè)置好的場景模式進行定時開啟與關(guān)閉，讓其自動運行。

場景控制。將燈光、窗簾、空調(diào)和其它家用電器的若干個設(shè)備任意組合，形成場景模式，一鍵啟動，一鍵關(guān)閉。

智慧健康。支持血壓計、人體秤、脂肪秤的數(shù)據(jù)采集、自動生成報表、智能健康診斷、健康建議等功能，報表內(nèi)容包括體重、脂肪率、水分率、肌肉量、脂肪等級、血壓、脈搏。讓你遠在天邊也能及時、隨時地關(guān)注家中老人的身體健康狀況。

綜合起來就是三個方面：第一是實現(xiàn)簡單的家電控制；第二是安防監(jiān)控。隨著社會的發(fā)展，安防是老百姓的剛需；第三是家庭健康監(jiān)護的產(chǎn)品。

產(chǎn)品思考：智能設(shè)備作為職能家具的一部分，每個智能家電或者設(shè)備終端擁有各自的智能化功能是，這就需要一個智能家居的中控系統(tǒng)將各個智能家電集成到一個平臺上面。需要有一個兼容性強、安全穩(wěn)定，方便使用的智能家居系統(tǒng)。

產(chǎn)品簡介

產(chǎn)品設(shè)計思路：隨著智能化的應(yīng)用與發(fā)展，生活中逐漸出現(xiàn)了很多實用且方便的智能化系統(tǒng)?，F(xiàn)代社會，

移動與無線通信發(fā)展迅速。通過研究，我們把紅外遙控控制技術(shù)、智能路由器和GSM短信功能應(yīng)用于我們的家庭中，制作一個通過普通遙控器實現(xiàn)近程控制、無線路由器的鏈接和短信發(fā)送實現(xiàn)遠程控制的智能系統(tǒng)。

產(chǎn)品創(chuàng)新點：基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)采用GSM模塊進行短信息提醒，解決了發(fā)生問題，用戶設(shè)備無移動通信鏈接時無法接受信息的問題。

智能路由器實現(xiàn)用戶調(diào)控，以單片機為控制核心，進行信息反饋和遠程控制，實現(xiàn)了遠程報警、遠程遙控等功能。更加方便以及可視化。

系統(tǒng)工作原理：圖1為智能家居系統(tǒng)的工作原理圖。系統(tǒng)在正常工作時處于監(jiān)控狀態(tài)，如果傳感器檢測到異常信號，單片機通過從不同傳感器接收到的信號同預(yù)先存儲在ROM中的數(shù)據(jù)信息進行對比，判斷出異常的問題（如盜竊、火警、煤氣等）時，確定發(fā)生警情，然后提示信號由串口傳送給GSM模塊，最后將提示短信發(fā)送給用戶?；蛘邘酌腌姾?，用戶的手機上就可以接收到報警短信，提醒用戶采取措施。另外用戶可通過移動端網(wǎng)頁，智能路由模塊接收，經(jīng)單片機解碼后，驅(qū)動系統(tǒng)中的電器控制電路去控制相應(yīng)的家電，從而實現(xiàn)遠程控制電器工作的目的。

系統(tǒng)的主要功能

家電控制功能：接收用戶發(fā)送來的控制命令，實現(xiàn)短信的譯碼功能，智能路由器直接控制智能設(shè)備實現(xiàn)不同家電工作及停止功能。

自動報警功能：當用戶住宅出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會自動發(fā)送報警短信給預(yù)先設(shè)定手機號碼的用戶，按照設(shè)定頻率發(fā)送提示，直至解決問題為止。系統(tǒng)提供備用充電電池，在斷電時可繼續(xù)工作，可以防止部分不法分子利用斷電進行盜竊，克服了停電時不能報警等缺點。

主要功能模塊

單片機控制模塊。系統(tǒng)的控制器選用STC89C54RD+單片機。選用具有低功耗、存儲容量大、運行穩(wěn)定、價格便宜等特點8的位STC89C54RD+單片機。其支持的最高時鐘為80MHz.內(nèi)部包括程序存儲器ROM、1kB的數(shù)據(jù)存儲器、16kB的Flash程序存儲器ROM、1kB的數(shù)據(jù)存儲器RAM，具有ISP在線編程功能，可節(jié)省購買編程器的額外投入，大大減少了開發(fā)復(fù)雜度。2.2GSM模塊

本系統(tǒng)設(shè)計使用是可以快速安全地實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音的傳輸、短信息服務(wù)（sMS）和傳真等功能的GSM模塊。是Siemens公司的TC35I.TC35I是Siemens公司推出的新一代無線通訊模塊，可以工作在GSM 900 kHz和1800kHz兩個頻段，RS232數(shù)據(jù)口符合ETSI標準GSM0707和GSM0705。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸；TC35I模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六個部分組成。TC35I構(gòu)成框圖如圖2所示。通過ZIF連接器及50 n天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。該模塊向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。

傳感器模塊。本系統(tǒng)傳感器模塊由一組功能不同的傳感器構(gòu)成，用于各種異常情況監(jiān)測。

a.防盜竊使用紅外線反射型傳感器，將紅外線反射型傳感器安裝在通道的位置或門窗的兩側(cè)，當有人進入時紅外線反射型傳感器就會檢測出來，檢測信號通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成低電平，然后送去給單片機，單片機對應(yīng)引腳檢測到送來低電平后就會啟動防盜報警系統(tǒng)工作。endprint

b.燃氣傳感器使用金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器（或稱MOS）。MOS也可以用來檢測毒性水平。它由一個金屬氧化物半導(dǎo)體的傳感器件（如氧化物Sn02）構(gòu)成。在新鮮空氣條件下，它的電導(dǎo)較小，而一旦接觸還原性氣體或者易燃易爆氣體，電導(dǎo)會增加，引發(fā)檢測電路電平跳變從而啟動報警系統(tǒng)工作。

c.防火使用離子式煙霧傳感（SS-668），通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范。煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，當一定量煙霧進入煙霧傳感器的反應(yīng)腔，引起電路電平變化。離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，為火災(zāi)預(yù)防和早期發(fā)現(xiàn)提供幫助。

硬件接口電路設(shè)計。本系統(tǒng)硬件接口電路主要由單片機與GSM模塊的接口電路和系統(tǒng)安防電路及控制電路構(gòu)成。單片機與TC35I的連接圖如圖3所示，TC35I的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-TRS-232接口電路標準，工作在CMOS電平（2.65v）。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在300-115×103bps的波特率下運行。由于數(shù)據(jù)通信電路中TC35I數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平，而STC單片機工作在TTL電平，工作電壓范圍一般比TC35I寬，故應(yīng)在單片機和TC35I之間加電平轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計使用TI公司的MAX232芯片為核心，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能。

系統(tǒng)軟件的設(shè)計。系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用c語言編寫，系統(tǒng)安防主程序及中斷程序流程圖如圖5所示。系統(tǒng)首先對單片機的串口、中斷和TC35I短信模塊初始化，STC單片機不斷對傳感器接口電路的I/O口循環(huán)進行檢測，當檢測到有傳感器的開關(guān)量變化時，則說明報警信息產(chǎn)生，開中斷進入中斷處理子程序。

中斷處理子程序完成對相應(yīng)防盜、防火、防煤氣泄漏等事件的短信息發(fā)送。利用STC單片機通過UART串口向GSM模塊發(fā)送一系列AT指令，就能實現(xiàn)基于GSM的短信息的收發(fā)、查尋和管理。

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越注重對家用電器的進行智能化控制和后期的維護的便捷性質(zhì)。智能家居便隨之越來越深得人們的青睞。本設(shè)計方案借助于GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能路由操作和單片機的控制功能，實現(xiàn)了安防監(jiān)控和遠程控制。GSM模塊與控制電路集成在同一線路板上，提高了整個系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性。更加有安全保障去保護用戶的家園。本系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單、成本低、適用范圍廣、安全可靠等優(yōu)點，除了用于智能家居還可以衍生用于倉庫、廠房與花卉大棚等地方的安防監(jiān)控與電路遠程控制等，endprint