安克思 李小娣 蘇丹

摘 要：本設(shè)計(jì)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(jī)和SIM900模塊為核心，設(shè)計(jì)自動(dòng)照明電路、溫度自動(dòng)采集電路、自動(dòng)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(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能家居;STC89C52單片機(jī);SIM90

1.引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)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(shì)。根據(jù)有關(guān)部門對(duì)小區(qū)智能化的要求，住宅內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)狀況時(shí)需自動(dòng)報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)常采用紅外等各類探測(cè)器，但由于無線通訊技術(shù)不發(fā)達(dá)、費(fèi)用高等因素，實(shí)現(xiàn)無線控制難度較大。而基于GSM（Global System of Mobile communication，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的無線智能家居控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無線通信，且通信費(fèi)用低、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快。本文利用STC89C52單片機(jī)、SIM900和各類家居控制傳感器設(shè)計(jì)制作了一款全新的智能家居控制系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)和SIM900為控制核心，控制系統(tǒng)傳感器采集到各類信號(hào)后通過無線收發(fā)單元傳輸給單片機(jī)，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)“三防”、自動(dòng)照明、自動(dòng)窗簾的控制以及溫度采集等功能，同時(shí)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(jī)是新一代把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。具有高速、低功耗、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。它具有8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，可以1000寫、擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年，具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和5個(gè)中斷源，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式或定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。采用串行通信，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)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(jī)內(nèi)部擁有時(shí)鐘電路，必須外接石英晶體和微調(diào)電容產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。

2.2傳感器信號(hào)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(cè)室內(nèi)是否有火災(zāi)發(fā)生。門禁傳感器主要是實(shí)現(xiàn)住宅防盜的功能。在住宅內(nèi)部安裝紅外監(jiān)測(cè)設(shè)備，當(dāng)家中無人時(shí)通過短信開啟智能家居控制系統(tǒng)，當(dāng)有外人闖入時(shí)，安裝在室內(nèi)的報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。溫度傳感器是一款最新單總線元件，線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需簡(jiǎn)單的外圍器件即可實(shí)現(xiàn)通信。釋熱電紅外線傳感器是一款通過非接觸式檢測(cè)人體輻射紅外線等能量變化的器件，并將熱信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。該信號(hào)通過放大電路可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如做室內(nèi)自動(dòng)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(dá)到降低費(fèi)用同時(shí)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(dòng)遙控則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行命令。

2.3.1 無線接口模塊

SIM900是一個(gè)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(kuò)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(yīng)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(jī)數(shù)據(jù)口相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.2 無線傳輸模塊

本系統(tǒng)運(yùn)用PT2262構(gòu)成無線發(fā)射電路，運(yùn)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(jī)連接實(shí)現(xiàn)解碼運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)門禁、煙霧以及自動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(jī)和SIM900模塊供電。電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，利用Keil和Proteus軟件進(jìn)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(jī)直接相連接。當(dāng)用手機(jī)發(fā)送控制命令時(shí)，SIM900通信讀取單片機(jī)相應(yīng)接口數(shù)據(jù)，然后通過短信發(fā)送給指定的手機(jī)號(hào)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(hào)，煙霧傳感器用于檢測(cè)室內(nèi)是否有火災(zāi)發(fā)生，門禁傳感器用于檢測(cè)是否有人闖入?？刂葡到y(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(yǔ)

本設(shè)計(jì)以國(guó)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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以STC89C52單片機(jī)和SIM900為核心，利用相關(guān)傳感器、無線模塊以及檢測(cè)設(shè)備完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：

第一作者：安克思，（1997-）男，漢，寧夏銀川，本科，銀川能源學(xué)院，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化，銀川能源學(xué)院

第二作者：李小娣，（1989-）女，漢，甘肅蘭州，本科，蘭州交通大學(xué)，助教，研究方向?yàn)殡姎夤こ?，銀川能源學(xué)院

第三作者：蘇丹，（1998-）男 ，回族，寧夏吳忠市，本科，銀川能源學(xué)院，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化，銀川能源學(xué)院

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