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(dāng)今是信息化高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，社會(huì)信息化和家居智能化也呈現(xiàn)出了蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，越來(lái)越多的家庭開(kāi)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(shí)代帶來(lái)的生活上的便利。作為智能家居系統(tǒng)的子系統(tǒng)智能門(mén)窗，是在傳統(tǒng)住宅的基礎(chǔ)上，綜合利用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了門(mén)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(jià)格昂貴、且功耗較大；有些功能簡(jiǎn)單、不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(guò)加入GSM 模塊建立起 “人機(jī)對(duì)話(huà)”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)對(duì)窗戶(hù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使窗戶(hù)真正 “智能”起來(lái)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)上電后，整個(gè)裝置開(kāi)始初始化，接著各部分模塊開(kāi)始執(zhí)行各自的功能：濕敏傳感器檢測(cè)室外的濕度，即檢測(cè)是否下雨；溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，GSM 模塊開(kāi)始處于短信接收狀態(tài)，同時(shí)單片機(jī)搜集各模塊信息，經(jīng)過(guò)分析、處理后，控制窗體開(kāi)關(guān)器動(dòng)作，并通過(guò)GSM模塊發(fā)送短信給用戶(hù)，匯報(bào)窗體狀態(tài)。

（1）單片機(jī)控制電路：本系統(tǒng)采用8位單片機(jī)MC9S08GB60，它是一款低功耗，高性能的單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），MC9S08GB60單片機(jī)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T(mén)C35i 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(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，包括較低的誤碼率及極低的成本。中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)范圍都建有網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣，用戶(hù)多，并可實(shí)現(xiàn)全國(guó)漫游。GSM 模塊通過(guò)串行總線(xiàn)RS232與MC9S08GB60 連接，向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶(hù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)。

（3）檢測(cè)模塊及執(zhí)行機(jī)構(gòu)：檢測(cè)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(guó)Dallas 公司DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器及國(guó)產(chǎn)DHT11 數(shù)字式溫濕度傳感器，兩種傳感器均采用單總線(xiàn)方式與MC9S08GB60 通信；煙霧傳感器則采用對(duì)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(jī)構(gòu)即窗體開(kāi)關(guān)器，采用的是電動(dòng)螺桿式開(kāi)窗器。單片機(jī)負(fù)責(zé)搜集溫、濕度傳感器、煙霧傳感器以及紅外傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，若溫度過(guò)高、濕度過(guò)低或者煙霧濃度過(guò)大則單片機(jī)控制電動(dòng)開(kāi)窗器開(kāi)窗；若溫度過(guò)低、濕度過(guò)高或者紅外傳感器報(bào)警，則單片機(jī)控制電動(dòng)開(kāi)窗器關(guān)窗。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。主要包括以下幾個(gè)部分：

（1）系統(tǒng)判斷是否有危險(xiǎn)緊急事件發(fā)生。如發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏，煙霧探測(cè)器或煤氣探測(cè)器檢測(cè)到有信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用事件處理子程序，即控制系統(tǒng)立即將窗門(mén)打開(kāi)到最大，并啟同時(shí)發(fā)送報(bào)警短信到用戶(hù)的手機(jī)上，告知用戶(hù)發(fā)生了煤氣泄漏或煙霧產(chǎn)生。

MC9S08GB60與HC-SR501 通過(guò)MC9S08GB60 自身的數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接，并將其設(shè)置為8位精度模式和適當(dāng)?shù)谋容^電壓，當(dāng)電壓高于比較電壓時(shí)，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(cè)到有下雨信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用事件處理子程序，即控制系統(tǒng)將窗門(mén)關(guān)閉，使雨水不能進(jìn)入，同時(shí)將關(guān)窗的動(dòng)作及原因發(fā)送告知信息到用戶(hù)手機(jī)上。另外，如果紅外傳感器有報(bào)警信號(hào)，則調(diào)用事件處理子程序，立即關(guān)閉窗門(mén)，并通過(guò)手機(jī)短信告知用戶(hù)關(guān)窗的原因。

MC9S08GB60與DHT11 之間的通訊，采用單總線(xiàn)方式，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。MC9S08GB60 發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，并觸發(fā)一次信號(hào)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(duì)DS18B20的寫(xiě)操作指令為： 數(shù)據(jù)線(xiàn)先置低電平 “0”；延時(shí)確定的時(shí)間約為15μs；按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)；延時(shí)時(shí)間約為45μs；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；所有的字節(jié)全部發(fā)送完后將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高。讀操作指令為：數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 “1”；延時(shí)約2μs；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉低 “0”；延時(shí)約15μs；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 “1”；延時(shí)約15μs；讀數(shù)據(jù)線(xiàn)的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；延時(shí)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(dāng)HC-SR501 人體紅外傳感器模塊檢測(cè)有人時(shí)，輸出為高電平，無(wú)人時(shí)為低電平。

（3）通過(guò)手機(jī)短信可以控制窗體的開(kāi)與合。系統(tǒng)如果接收到短信控制信號(hào)時(shí)，調(diào)用短信控制子程序，系統(tǒng)對(duì)短信的內(nèi)容進(jìn)行分析，若收到開(kāi)窗信號(hào)時(shí)，則控制開(kāi)窗器打開(kāi)窗門(mén)；若收到關(guān)窗信號(hào)時(shí)，控制開(kāi)窗器關(guān)閉窗門(mén)。MC9S08GB60與GSM的軟件接口其實(shí)就是單片機(jī)通過(guò)RS232與GSM 短信息有關(guān)的AT 指令控制手機(jī)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(guò)編寫(xiě)程序軟件利用串口收發(fā)AT指令達(dá)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(jì)采用GSM 模塊的PDU 模式進(jìn)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(yǔ)

本文基于單片機(jī)、GSM 模塊、傳感器等器件，來(lái)實(shí)現(xiàn)窗體的智能控制。經(jīng)過(guò)調(diào)試后，智能窗系統(tǒng)很好地完成了設(shè)計(jì)要求。另外，本設(shè)計(jì)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(jī)、電冰箱等電氣的手機(jī)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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