崔冰清,褚麗莉,杜仁鵬
(遼寧工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,，遼寧 錦州 121001)
摘要：介紹了單片機(jī)操作系統(tǒng),、C語言技術(shù)與GSM模塊結(jié)合完成智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)三大功能：監(jiān)控室內(nèi)溫度,、防盜和檢測室內(nèi)可燃?xì)庖约盁熿F,。首先通過3個(gè)傳感器模塊采集室內(nèi)信息，例如溫度,、人體,、可燃?xì)馀c煙霧等，然后發(fā)送到以51系列單片機(jī)為核心控制器構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集終端上進(jìn)行處理,，若發(fā)生特殊情況,，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲，并通過GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息到遠(yuǎn)程接收端,。仿真結(jié)果證明,，該系統(tǒng)成本低，操作方便,，并且達(dá)到了預(yù)期的穩(wěn)定性和可靠性,。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；C語言,；傳感器,；GSM
中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.07.015
引用格式：崔冰清,褚麗莉,杜仁鵬.基于單片機(jī)和GSM的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（7）：50-52.
0引言
智能家居的概念最早是美國在20世紀(jì)70年代提出來的,。此后,，在歐洲、新加坡,、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū),，智能家居這個(gè)概念被引入，并且勢頭越來越猛［1］,。20世紀(jì)90年代末傳入中國,。隨著中國綜合國力的增強(qiáng)，人民生活水平的提高,，住宅消費(fèi)觀念的不斷進(jìn)化,，對(duì)于住宅的要求也相應(yīng)提高，于是形成智能住宅及智能家居的概念［2］,。
本文結(jié)合單片機(jī)接口技術(shù)以及C語言的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)了智能家居系統(tǒng)，目的是實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)有人闖入住宅時(shí),，紅外報(bào)警模塊觸發(fā),，報(bào)警指示燈亮，并通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，通過GSM模塊傳到遠(yuǎn)程的手機(jī)接收端,，從而通過遠(yuǎn)程接收端對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制,；通過溫度檢測模塊和煙霧傳感器模塊設(shè)置額定溫度值以及額定的煙霧值，當(dāng)溫度以及煙霧超過額定值時(shí),，報(bào)警指示燈亮并通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào),，然后通過GSM模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程手機(jī)接收端，并通過接收端進(jìn)行控制,。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：溫度檢測模塊,、紅外監(jiān)控模塊、煙霧傳感器模塊,、LCD液晶顯示模塊,、GSM模塊等。本系統(tǒng)是基于安卓操作系統(tǒng)建立的遠(yuǎn)程控制平臺(tái),，以51系列單片機(jī)為核心控制器構(gòu)建數(shù)據(jù)采集終端［34］,。按鍵電路控制系統(tǒng)的額定值，并模擬門的狀態(tài),。蜂鳴器電路用以報(bào)警時(shí)發(fā)出警報(bào),，LED燈模擬報(bào)警時(shí)發(fā)出照明警報(bào)。室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是系統(tǒng)的重要組成部分,，其作用就是對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,，并依據(jù)事先設(shè)定好的參數(shù)和控制規(guī)則對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行干預(yù)。它分為3個(gè)子系統(tǒng)：溫度監(jiān)控系統(tǒng),、紅外感應(yīng)報(bào)警系統(tǒng),、煙霧與可燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)［5］。溫度監(jiān)控系統(tǒng)將傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī),，同時(shí)單片機(jī)將實(shí)際溫度與設(shè)定的額定溫度進(jìn)行比較,，如果實(shí)際值大于額定值，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào),，并通過GSM模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程控制平臺(tái),，通過接收端進(jìn)行控制。紅外傳感器檢測到有人非法進(jìn)入時(shí),，觸發(fā)報(bào)警,。數(shù)據(jù)采集終端會(huì)將報(bào)警信息及時(shí)反饋到安卓監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行控制。煙霧傳感器的原理類似于溫度傳感器,，傳感器將采集到的煙霧值傳送給單片機(jī),，并與實(shí)際設(shè)定值進(jìn)行比較，若實(shí)際值大于額定值,，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào),，并通過GSM模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程控制平臺(tái),，通過接收端進(jìn)行控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示,。
2硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52作為系統(tǒng)的主控芯片,，在其外圍添加溫度傳感器、紅外傳感器,、煙霧傳感器,、GSM模塊等硬件設(shè)備，這些設(shè)備主要用于檢測室內(nèi)環(huán)境因素,，當(dāng)超過額定的設(shè)置值時(shí),，在液晶顯示屏上顯示當(dāng)前值和額定值，并通過蜂鳴器報(bào)警以及GSM模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程接收端,，當(dāng)然,，報(bào)警指示燈會(huì)亮。
2.1溫度傳感器模塊
本系統(tǒng)溫度傳感器模塊選用的是DS18B20,。它采用單總線通信方式,，其內(nèi)部包含地址，非常適合于各種工業(yè)和民用場合的應(yīng)用［6］,。其測溫范圍是-55°~+125°,；其分辨率用戶可以自行選擇，9~12 bit之間,；內(nèi)部也分別設(shè)置了溫度的上限與下限的報(bào)警設(shè)置,。除此之外，DS18B20的成本也比較廉價(jià),，適合推廣,。
2.2煙霧傳感器模塊
煙霧與可燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)的作用是監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的氣體成分，當(dāng)監(jiān)測到特定煙霧或者可燃?xì)怏w時(shí),，系統(tǒng)立即發(fā)出警報(bào),。該系統(tǒng)檢測到特定煙霧或者可燃?xì)怏w時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警,，并將報(bào)警信息反饋至遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)［7］,。
本系統(tǒng)選用MQ-2氣體傳感器模塊作為前端數(shù)據(jù)采集器件。MQ-2的電路連接圖如圖2所示,。
可以通過RV1上下兩個(gè)箭頭調(diào)節(jié)接收到的煙霧值,。當(dāng)調(diào)到大于或者等于設(shè)定的額定值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生警報(bào),。
2.3紅外人體感應(yīng)傳感器
本系統(tǒng)采用的紅外人體感應(yīng)傳感器模塊是HC-SR501,。該模塊靈敏度高，可靠性強(qiáng),，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備,，尤其是干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品,。
其硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示。
2.4GSM模塊
GSM模塊是一個(gè)類似于手機(jī)的通訊模塊,，集成了手機(jī)的若干功能于一塊小電路板上，與手機(jī)部分功能一樣,，具備發(fā)短信,、打電話的功能。它在很多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用,。通過使用AT指令才能對(duì)GSM模塊進(jìn)行控制,。模塊可以與電腦RS232串口連接，也可以用單片機(jī)來進(jìn)行控制,。
本系統(tǒng)通過SIM800模塊對(duì)溫度,、煙霧以及紅外模塊信號(hào)進(jìn)行接收，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到用戶接收端,。其主要功能部分包括：（1）GSM基帶;（2）GSM射頻;（3）天線接口;（4）其他接口,。
模塊功能圖如圖4所示。
2.512864LCD液晶顯示屏模塊
由于LCD具有顯示信息量大,、能夠?qū)崿F(xiàn)良好人機(jī)交互的特性,，所以得到了廣泛的使用［8］。常見的液晶有字符型液晶和圖形型液晶,，由于字符型液晶只能顯示字母和數(shù)字,，不能顯示漢字，所以在國內(nèi)用得比較少,。而圖形型液晶在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛,，它可以顯示漢字、圖形等各種信息,。其中12864LCD液晶顯示電路如圖5所示,。
3軟件程序設(shè)計(jì)
本次實(shí)驗(yàn)的仿真部分是在Proteus軟件中進(jìn)行的，相應(yīng)的軟件程序是在Keil C51中完成,。在一般由單片機(jī)控圖512864LCD液晶顯示屏電路連接圖制的系統(tǒng)中,，主程序中某一部分是被系統(tǒng)反復(fù)執(zhí)行的 。當(dāng)然本系統(tǒng)也不例外,，當(dāng)單片機(jī)上電后,，系統(tǒng)開始運(yùn)行，從main函數(shù)中開始執(zhí)行,。在本系統(tǒng)的主函數(shù)中,，主要完成一些外設(shè)的初始化，并根據(jù)用戶對(duì)于按鍵的操作來控制外部信息的接收,。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有監(jiān)控室內(nèi)溫度,、檢測室內(nèi)煙霧以及可燃?xì)?、防盜等，并且通過GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息到遠(yuǎn)程終端,。對(duì)于軟件程序的編寫,，可以通過按鍵對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)最小初始的最高溫度和最低溫度、額定的煙霧值以及紅外感應(yīng)等各方面的數(shù)值來達(dá)到設(shè)計(jì)的目的,。下面是主程序的部分代碼：
#include <reg52.h>
#include "lcd12864.c"
#include "key.c"
#include "ds18b20.h"
#include "gsm_model.c"
sbit buzzer=P1^5;//蜂鳴器
sbit mq_2=P1^4;//mq_2
#define buzzer_onbuzzer=0;
#define buzzer_off buzzer=1;
extern uchar temp_value;
uchar TxRxBuf［4］={0xff,0x00,0x00,0x00};
uchar high_temp=29;
uchar low_temp=2;
uchar temp_now=0;
uchar set_flag=0;
bit warn_flag=1;
ucharbuzzer_flag=0;
4仿真結(jié)果
為了驗(yàn)證系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo),，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，在仿真測試過程中,，主要模擬測試了智能家居系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境,，包括室內(nèi)溫度值、煙霧值以及是否有人闖入等方面的監(jiān)測,，并模擬報(bào)警,。首先測試第一個(gè)功能：監(jiān)控室內(nèi)溫度。設(shè)置初始的額定溫度報(bào)警值最高為38°,，最低為5°,，通過溫度傳感器改變溫度值，當(dāng)溫度達(dá)到或超過額定最高溫度值或者等于或低于額定最低溫度值時(shí),，LCD顯示屏顯示當(dāng)前溫度,，報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器工作,，GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息到接收端,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該功能可以正常工作。其次測試第二個(gè)功能：檢測室內(nèi)是否有煙霧以及可燃?xì)?，該功能與第一個(gè)功能類似,。設(shè)置初始額定煙霧指數(shù)為25，給煙霧傳感器一個(gè)煙霧值,，當(dāng)煙霧達(dá)到或超過額定煙霧指數(shù)時(shí),，LCD顯示屏顯示當(dāng)前煙霧指數(shù)，蜂鳴器工作,，報(bào)警指示燈變亮,，GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息到遠(yuǎn)程終端。通過仿真
驗(yàn)證,，該功能能正常工作,。測試最后一個(gè)功能：防盜。當(dāng)人體感應(yīng)傳感器檢測到有人非法進(jìn)入時(shí),，顯示屏上入侵狀態(tài)顯示有,，反之，則顯示無,。
5結(jié)論
本次設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)作為中央處理器,，各個(gè)傳感器采集家居的內(nèi)部環(huán)境因素,，并通過GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息到接收端。各個(gè)硬件設(shè)備的互相有效協(xié)作,，完成了智能家居的模擬,。
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