趙石磊，李文越，李金剛

（哈爾濱理工大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150036）

0 引言

當今是信息化高度發(fā)達的時代，社會信息化和家居智能化也呈現(xiàn)出了蓬勃發(fā)展的趨勢，越來越多的家庭開始追求高質(zhì)量、高科技舒適安全的家居生活，充分享受由信息時代帶來的生活上的便利。作為智能家居系統(tǒng)的子系統(tǒng)智能門窗，是在傳統(tǒng)住宅的基礎(chǔ)上，綜合利用傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和自動控制技術(shù)等，實現(xiàn)了門窗各種信息的采集、傳輸、處理和控制。然而，目前已有的智能窗存在著諸多不足：有些高端智能窗控制復(fù)雜、價格昂貴、且功耗較大；有些功能簡單、不能實現(xiàn)遠程控制、難以普及應(yīng)用；本文在解決已有智能窗的弊端的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)通過加入GSM 模塊建立起 “人機對話”系統(tǒng)，實現(xiàn)了用戶對窗戶的遠程監(jiān)控，使窗戶真正 “智能”起來。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當系統(tǒng)上電后，整個裝置開始初始化，接著各部分模塊開始執(zhí)行各自的功能：濕敏傳感器檢測室外的濕度，即檢測是否下雨；溫度傳感器檢測室內(nèi)溫度，GSM 模塊開始處于短信接收狀態(tài)，同時單片機搜集各模塊信息，經(jīng)過分析、處理后，控制窗體開關(guān)器動作，并通過GSM模塊發(fā)送短信給用戶，匯報窗體狀態(tài)。

（1）單片機控制電路：本系統(tǒng)采用8位單片機MC9S08GB60，它是一款低功耗，高性能的單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），MC9S08GB60單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

（2）GSM 模塊：本系統(tǒng)采用的GSM 模塊為TC35i 模塊，工作頻段為雙頻 GSM900MH/GSM1800MHz，GSM（GPRS）網(wǎng)是覆蓋范圍廣泛的全數(shù)字網(wǎng)，具備提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)的諸多優(yōu)點，包括較低的誤碼率及極低的成本。中國移動和中國聯(lián)通在全國范圍都建有網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣，用戶多，并可實現(xiàn)全國漫游。GSM 模塊通過串行總線RS232與MC9S08GB60 連接，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。

（3）檢測模塊及執(zhí)行機構(gòu)：檢測模塊包括溫度傳感器和濕度傳感器以及煙霧傳感器和紅外傳感器。溫度傳感器和濕度傳感器分別采用美國Dallas 公司DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器及國產(chǎn)DHT11 數(shù)字式溫濕度傳感器，兩種傳感器均采用單總線方式與MC9S08GB60 通信；煙霧傳感器則采用對CO 氣體、天然氣、液化氣、城市煤氣和煙霧有較好靈敏度的MQ-2 型氣體煙霧傳感器。紅外傳感器采用的是HC-SR501 人體紅外傳感器模塊；執(zhí)行機構(gòu)即窗體開關(guān)器，采用的是電動螺桿式開窗器。單片機負責(zé)搜集溫、濕度傳感器、煙霧傳感器以及紅外傳感器傳來的數(shù)據(jù)，若溫度過高、濕度過低或者煙霧濃度過大則單片機控制電動開窗器開窗；若溫度過低、濕度過高或者紅外傳感器報警，則單片機控制電動開窗器關(guān)窗。

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。主要包括以下幾個部分：

（1）系統(tǒng)判斷是否有危險緊急事件發(fā)生。如發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏，煙霧探測器或煤氣探測器檢測到有信號時，系統(tǒng)調(diào)用事件處理子程序，即控制系統(tǒng)立即將窗門打開到最大，并啟同時發(fā)送報警短信到用戶的手機上，告知用戶發(fā)生了煤氣泄漏或煙霧產(chǎn)生。

MC9S08GB60與HC-SR501 通過MC9S08GB60 自身的數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊進行連接，并將其設(shè)置為8位精度模式和適當?shù)谋容^電壓，當電壓高于比較電壓時，則調(diào)用事件處理子程序。

（2）系統(tǒng)判斷是否有風(fēng)雨事件發(fā)生。如果刮風(fēng)下雨，風(fēng)雨傳感器檢測到有下雨信號時，系統(tǒng)調(diào)用事件處理子程序，即控制系統(tǒng)將窗門關(guān)閉，使雨水不能進入，同時將關(guān)窗的動作及原因發(fā)送告知信息到用戶手機上。另外，如果紅外傳感器有報警信號，則調(diào)用事件處理子程序，立即關(guān)閉窗門，并通過手機短信告知用戶關(guān)窗的原因。

MC9S08GB60與DHT11 之間的通訊，采用單總線方式，DHT11不會主動進行溫濕度采集。MC9S08GB60 發(fā)送一次開始信號后，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，并觸發(fā)一次信號采集后送出完整的40bit的數(shù)據(jù)分為小數(shù)部分和整數(shù)部分，高位先出。

MC9S08GB60d 對DS18B20的寫操作指令為： 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0”；延時確定的時間約為15μs；按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)；延時時間約為45μs；將數(shù)據(jù)線拉到高電平；所有的字節(jié)全部發(fā)送完后將數(shù)據(jù)線拉高。讀操作指令為：數(shù)據(jù)線拉高 “1”；延時約2μs；將數(shù)據(jù)線拉低 “0”；延時約15μs；將數(shù)據(jù)線拉高 “1”；延時約15μs；讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理；延時約30μs。

MC9S08GB60與HC-SR501人體紅外傳感器模塊之間采用I/O 口直接連接方式，當HC-SR501 人體紅外傳感器模塊檢測有人時，輸出為高電平，無人時為低電平。

（3）通過手機短信可以控制窗體的開與合。系統(tǒng)如果接收到短信控制信號時，調(diào)用短信控制子程序，系統(tǒng)對短信的內(nèi)容進行分析，若收到開窗信號時，則控制開窗器打開窗門；若收到關(guān)窗信號時，控制開窗器關(guān)閉窗門。MC9S08GB60與GSM的軟件接口其實就是單片機通過RS232與GSM 短信息有關(guān)的AT 指令控制手機的控制技術(shù)，是一種操作控制GSM 模塊的軟件協(xié)議的集合，通過編寫程序軟件利用串口收發(fā)AT指令達到控制GSM 模塊收發(fā)短信的目的。AT 指令控制短消息發(fā)送有兩種常用模式， 即TEXT 模式、PDU 模式。PDU 模式可以采用unicode 編碼發(fā)送英文、漢字。本系統(tǒng)設(shè)計采用GSM 模塊的PDU 模式進行短消息的收發(fā)。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖Fig.2 Flow chart of the program

3 結(jié)束語

本文基于單片機、GSM 模塊、傳感器等器件，來實現(xiàn)窗體的智能控制。經(jīng)過調(diào)試后，智能窗系統(tǒng)很好地完成了設(shè)計要求。另外，本設(shè)計方案還可以推廣應(yīng)用到大部分家用電器上，比如電燈、洗衣機、電冰箱等電氣的手機短信控制上，具有廣闊的技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化前景。

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