安克思 李小娣 蘇丹

摘 要：本設(shè)計是基于GSM的無線智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機和SIM900模塊為核心，設(shè)計自動照明電路、溫度自動采集電路、自動窗簾控制電路以及防盜、防火、防水模塊硬件電路。采用軟硬件相結(jié)合的方式，具有運行費用低、維護簡單的特點。

關(guān)鍵詞：智能家居;STC89C52單片機;SIM90

1.引言

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和人們對生活水平要求的不斷提高，智能家居控制系統(tǒng)將成為未來家居生活發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)有關(guān)部門對小區(qū)智能化的要求，住宅內(nèi)部發(fā)生火災等突發(fā)狀況時需自動報警。報警系統(tǒng)常采用紅外等各類探測器，但由于無線通訊技術(shù)不發(fā)達、費用高等因素，實現(xiàn)無線控制難度較大。而基于GSM（Global System of Mobile communication，全球移動通信系統(tǒng)）的無線智能家居控制系統(tǒng)能實現(xiàn)無線通信，且通信費用低、傳輸距離遠、傳輸速度快。本文利用STC89C52單片機、SIM900和各類家居控制傳感器設(shè)計制作了一款全新的智能家居控制系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)以STC89C52單片機和SIM900為控制核心，控制系統(tǒng)傳感器采集到各類信號后通過無線收發(fā)單元傳輸給單片機，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)室內(nèi)“三防”、自動照明、自動窗簾的控制以及溫度采集等功能，同時通過短信可以控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

2.1 控制模塊

采用的STC89C52單片機是新一代把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器、定時/計數(shù)器、I/O接口電路等主要計算機部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。具有高速、低功耗、抗干擾性強的特點，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。它具有8K字節(jié)可編程閃爍存儲器，可以1000寫、擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間長達10年，具有兩個16位定時器/計數(shù)器和5個中斷源，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式或定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)計算機控制。采用串行通信，可以實現(xiàn)單片機之間或單片機與其他設(shè)備之間的串行通信。最小系統(tǒng)電路如圖2所示。單片機內(nèi)部擁有時鐘電路，必須外接石英晶體和微調(diào)電容產(chǎn)生時鐘脈沖序列。

2.2傳感器信號采集模塊

本系統(tǒng)采集模塊主要有煙霧傳感器、門禁傳感器、溫度傳感器、釋熱紅外電傳感器，其中煙霧傳感器在家庭安全防范系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用，它工作可靠、體積小、安裝使用非常方便，并且內(nèi)部具有無線發(fā)射模塊，只需要將傳感器放在室內(nèi)合適的位置便可監(jiān)測室內(nèi)是否有火災發(fā)生。門禁傳感器主要是實現(xiàn)住宅防盜的功能。在住宅內(nèi)部安裝紅外監(jiān)測設(shè)備，當家中無人時通過短信開啟智能家居控制系統(tǒng)，當有外人闖入時，安裝在室內(nèi)的報警系統(tǒng)報警。溫度傳感器是一款最新單總線元件，線路結(jié)構(gòu)簡單，只需簡單的外圍器件即可實現(xiàn)通信。釋熱電紅外線傳感器是一款通過非接觸式檢測人體輻射紅外線等能量變化的器件，并將熱信號轉(zhuǎn)化成電壓信號。該信號通過放大電路可驅(qū)動各種控制電路，如做室內(nèi)自動照明開關(guān)控制等。

2.3 無線接口和傳輸模塊

智能家居控制系統(tǒng)為達到降低費用同時為用戶提供更為舒適和方便的居住環(huán)境，室內(nèi)日常生活中的某些設(shè)備都將采用無線控制，用戶可以在一定的距離范圍內(nèi)輕輕按動遙控則系統(tǒng)會自動執(zhí)行命令。

2.3.1 無線接口模塊

SIM900是一個2頻的GSM/GPRS無線模塊，支持GPRS功能，工作頻段為：EGSM 900MHz和DCS 1800MHz。此外，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用。SIM900的波特率范圍是1200bps到115200bps，支持自適應波特率。本文采用LM2576穩(wěn)壓芯片給SIM900提供4.5V工作電壓，其TXD和RXD直接與單片機數(shù)據(jù)口相連接進行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.2 無線傳輸模塊

本系統(tǒng)運用PT2262構(gòu)成無線發(fā)射電路，運用PT2272作為無線接收模塊，無線接收模塊的數(shù)據(jù)端直接與單片機連接實現(xiàn)解碼運算，實現(xiàn)門禁、煙霧以及自動窗簾的控制。其無線發(fā)射電路如圖3所示。

2.4 電源模塊

電源是各種電子系統(tǒng)與設(shè)備的原動力，電源性能的好壞直接影響到系統(tǒng)與設(shè)備的工作質(zhì)量和工作效率。本系統(tǒng)采用LM2576作為電源穩(wěn)壓芯片，運用極少的外部器件便可將DC12V電源經(jīng)穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為DC5V和DC4.5V分別為單片機和SIM900模塊供電。電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

本設(shè)計采用C語言編程，利用Keil和Proteus軟件進行程序調(diào)試，程序主要包括串口接收模塊、發(fā)送短信模塊、溫度采集模塊和室內(nèi)“三防”模塊。

溫度采集模塊選用DS18B20溫度傳感器采集室內(nèi)溫度，通過外圍元件與單片機直接相連接。當用手機發(fā)送控制命令時，SIM900通信讀取單片機相應接口數(shù)據(jù)，然后通過短信發(fā)送給指定的手機號碼。

室內(nèi)“三防”模塊主要通過門禁傳感器、煙霧傳感器采集外部環(huán)境信號，煙霧傳感器用于檢測室內(nèi)是否有火災發(fā)生，門禁傳感器用于檢測是否有人闖入。控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，采集信息精確、無數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。程序流程圖如圖5所示。

4.結(jié)語

本設(shè)計以國內(nèi)外現(xiàn)有的無線智能家居控制系統(tǒng)研究背景以及目前研究現(xiàn)狀為基礎(chǔ)。從系統(tǒng)穩(wěn)定度和安全性兩方面對控制系統(tǒng)進行設(shè)計。以STC89C52單片機和SIM900為核心，利用相關(guān)傳感器、無線模塊以及檢測設(shè)備完成控制系統(tǒng)設(shè)計。

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作者簡介：

第一作者：安克思，（1997-）男，漢，寧夏銀川，本科，銀川能源學院，研究方向為自動化，銀川能源學院

第二作者：李小娣，（1989-）女，漢，甘肅蘭州，本科，蘭州交通大學，助教，研究方向為電氣工程，銀川能源學院

第三作者：蘇丹，（1998-）男 ，回族，寧夏吳忠市，本科，銀川能源學院，研究方向為電氣工程及其自動化，銀川能源學院

項目名稱：基于GSM的無線智能家居控制系統(tǒng);來源：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目;編號：NXCX2016390