基于GSM網(wǎng)絡(luò)的家居自動(dòng)化系統(tǒng)研究

曹磊

摘 要：通過(guò)使用自動(dòng)化技術(shù)和藍(lán)牙、GSM無(wú)線通訊技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字化的技術(shù)來(lái)優(yōu)化家居環(huán)境，滿足人們對(duì)現(xiàn)代家居的要求，讓家居更加智能，更加貼心，更加安全，更加人性，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和一定的創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制技術(shù)；藍(lán)牙技術(shù)；GSM通訊技術(shù)；傳感器

家居最早的功能是為人類提供遮風(fēng)避雨和安全防護(hù)的功能。隨著人類改造自然能力的不斷提高，相應(yīng)對(duì)家居的要求也不斷提高。人們期望所生活的家居能夠不斷滿足其對(duì)舒適、安全、高效、便捷等方面的要求。隨著自動(dòng)化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)在優(yōu)化家居環(huán)境中有著可觀的應(yīng)用前景。

主要研究?jī)?nèi)容如下：

1 家電的聯(lián)網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)

現(xiàn)代家庭中往往擁有眾多的家用電器，大致可以分類如下：

1）電聲：收音機(jī)、錄音機(jī)、電唱機(jī)、擴(kuò)音機(jī)、組合音響、CD機(jī)等

2）視頻：電視機(jī)、錄像機(jī)、攝像機(jī)、VCD、DVD、衛(wèi)星接收機(jī)、投影儀等；

3）環(huán)境：空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、加濕器、空氣凈化器、電動(dòng)窗簾等；

4）取暖：空間加熱器、電熱毯等；

5）制冷：冰箱、冷飲機(jī)等；

6）廚房：電飯鍋、電烤箱、微波爐、電磁爐、飲水機(jī)等；

7）清潔：洗衣機(jī)、吸塵器、淋浴器等；

8）娛樂：電子玩具、電子游戲機(jī)、電子樂器等；

顯然，以上各類電器的控制方式至少可以是電源通斷的控制。例如，打開和關(guān)閉一套音響，一臺(tái)空調(diào)等。構(gòu)建藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，將家用電器連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化得集成控制。但是，怎樣讓音響播放音樂，或者讓空調(diào)調(diào)節(jié)溫度呢？

假如對(duì)傳統(tǒng)電器設(shè)備進(jìn)行改造，增加網(wǎng)絡(luò)控制電路單元，顯然可以解決這個(gè)問題，但用戶往往已經(jīng)購(gòu)買了像電視機(jī)，空調(diào)這樣的傳統(tǒng)家電。為了具備網(wǎng)絡(luò)特性，用戶不得不重新購(gòu)買新型網(wǎng)絡(luò)家電，或者改造每個(gè)家電的控制單元，顯然這是不合理的。實(shí)際上很多電器設(shè)備都具有紅外遙控的功能，所以對(duì)于電視，空調(diào)等有遙控器的電器，除進(jìn)行電源控制外，加裝模塊來(lái)模擬遙控器功能，實(shí)現(xiàn)智能化操作.主要由集成的總控制盒和電器外接模塊構(gòu)成。

2 遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)

不妨先來(lái)看這樣的場(chǎng)景：你有急事突然要出門，卻忘記了關(guān)燈，等到想起的時(shí)候，為了不耽誤手頭的工作，您用通過(guò)手機(jī)JAVA程序通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令將電燈關(guān)閉，避免了能源的浪費(fèi)。

或者，外出時(shí)下起了雨，為了防止雨點(diǎn)飄入房間，您通過(guò)發(fā)送指令來(lái)將家中的百葉窗關(guān)閉；

再比如：炎熱的夏天，為了能一回家就享受到清爽宜人的環(huán)境，您在辦公室發(fā)送指令來(lái)啟動(dòng)家中的空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備。

在本項(xiàng)目中對(duì)總控制盒加裝GSM網(wǎng)絡(luò)模塊，與手機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程控制。即用戶可通過(guò)短信指令對(duì)家庭狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

3 安全防范子系統(tǒng)

舉一個(gè)更有意思的例子，晚上因故不能及時(shí)回家，擔(dān)心家中無(wú)人而遭遇“梁上君子”的光顧，您通過(guò)手機(jī)，啟動(dòng)“娛樂”場(chǎng)景，虛擬出家中有人的場(chǎng)景；燈光打開，電視正在播放電視節(jié)目…這樣小偷就要“三思而后行”。另，通過(guò)各種傳感器的應(yīng)用，或者與已有的安全設(shè)備進(jìn)行接駁，實(shí)時(shí)的對(duì)家庭安全設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)問題（如門窗沒鎖好，有人闖入），通過(guò)短信方式通知戶主，并采取安全措施。讓你家庭安全無(wú)憂。

通用性設(shè)計(jì)：由于家用電器沒有統(tǒng)一的能夠外接的標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)擬采用外置電源為被控對(duì)象，使其具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)編寫手機(jī)通用的JAVA 程序，建立可視化的人機(jī)通訊界面，用戶可以根據(jù)提示，輕摁手機(jī)就可以對(duì)家庭狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和操作。大大降低了系統(tǒng)使用門檻。

實(shí)驗(yàn)方案：

本系統(tǒng)主要包括手機(jī)程序終端（JAVA程序），家庭總控制器，分塊控制器，通訊模塊四部分構(gòu)成，本系統(tǒng)將采用嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述部分的設(shè)計(jì)。下面將根據(jù)上述分類詳細(xì)介紹。

1.手機(jī)程序終端：手機(jī)程序是整個(gè)系統(tǒng)的終端，是功能成果的載體，其主要實(shí)現(xiàn)人性化的人機(jī)對(duì)話，通過(guò)JAVA程序通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。整個(gè)手機(jī)程序設(shè)計(jì)要做到簡(jiǎn)潔與人性化。并且要預(yù)留可擴(kuò)展的空間。盡量保證其通用性。

2.家庭總控制器：這是整個(gè)系統(tǒng)的核心。我們準(zhǔn)備采用32位ARM嵌入式微處理器作為核心單元，以CPLD作為時(shí)序控制單元，采用藍(lán)牙為室內(nèi)通訊模塊，GSM網(wǎng)絡(luò)為人機(jī)通訊方式，在內(nèi)嵌Linux操作系統(tǒng)的草礎(chǔ)上，充分利用了ARM器件體積小、能力強(qiáng)以及功耗低的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)多通道，多功能的智能化控制。同時(shí)，要考慮停電等特殊情況的控制，盡量做到完善，無(wú)漏洞。

3.各分塊控制器：由藍(lán)牙通訊模塊和簡(jiǎn)單的數(shù)字電路以及電力電子器件組成，主要實(shí)現(xiàn)總控制器指令接收?qǐng)?zhí)行和狀態(tài)反饋。是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，設(shè)計(jì)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移植強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，某些分塊控制器件要能夠模擬遙控器的功能，實(shí)現(xiàn)更智能化的要求。

4.通訊模塊：采用成熟的藍(lán)牙通訊模塊和GSM網(wǎng)絡(luò)模塊來(lái)進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)總控制器與分塊控制器的雙向通訊。

系統(tǒng)功能框圖如圖1所示

4 總結(jié)

現(xiàn)有家居的自動(dòng)化、通信水平已經(jīng)不能滿足人們對(duì)家居的舒適、安全、高效、便捷等方面的要求。本項(xiàng)目通過(guò)使用自動(dòng)化技術(shù)和藍(lán)牙、GSM無(wú)線通訊技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字化的技術(shù)來(lái)優(yōu)化家居環(huán)境，讓家居更加智能，更加貼心，更加安全，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和一定的創(chuàng)新性。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所涉及的主要技術(shù)難度適中，具有較強(qiáng)的可行性。endprint