基于GSM技术的智能家居系统的设计

出处：尤新亮发布于：2007-04-28 05:08:33

摘要：介绍了利用GSM技术、计算机技术、控制技术和电子技术研制的一套智能家居系统，实现了对室内环境信息（如温度、湿度、光亮度）的实时监控与险情报警（如火警、被盗、可燃气体泄漏），并通过GSM模块完成了远程信息监控。

关键词：智能家居 GSM技术 SPCE061单片机传感器

为给人们提供一个更加舒适、便捷、高效、安全的生活环境，建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今的一个热点问题，近年来，国际上许多大公司都提出相应的解决方案，但至今为止，这一领域的国际标准尚未成熟。针对目前利用公共电话、国际互联网、有线电视网或者电力网实现的智能家居系统的局限性，本文提出一种基于GSM技术的低成本智能家居系统，将给普通居民家庭生活方式带来变革。
智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行远程监控和实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及智能传感/执行设备等几个部分。

智能家居系统应具有以下功能：

（1）住宅保安监控报警（警情报知）。

（2）火警、烟警、有毒气体泄露报警。

（3）阀控功能：有线电视信号、水、煤气、各类家用电器通/断控制。

（4）室内空气、温度、湿度、光线的自动调节功能。

（5）声音报警。

（6）GSM远程报警。
1 系统的总体结构及工作过程

智能家居系统由系统主机、系统分机、GSM模块、无线发射收发模块等部分组成。其中，系统主机通过GSM模块与用户的手机进行通信。其结构图如所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、控制命令传输和信息反馈。

该系统正常工作时，首先由主机采集传感器数据，并且判断是否发生异常情况，如果发生异常情况则通过GSM模块向用户发送相应的报警信息，并根据不同的异常情况发出不同声音报警。如果主机无异常情况，则主机通过无线模块按顺序各向分机发送数据采集命令，分机进行数据采集，将采集结果打包后发送回主机，主机判断分机节点是否发生异常，并进行相应处理。此外，用户还可以通过手机发送短信息进行访问，当用户接收到报警信息时，可以根据报警的种类向主机发送短信息，对各被控量实现远程控制，主机提取短信息并译码后进行相应的操作。

2 系统硬件

本系统的硬件主要分为系统主机与系统分机两大部分。系统主机硬件框图如所示，由凌阳单片机SPCE061、传感器单元电路、固态继电器控制电路、GSM模块、无线传输模块、语音报警模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。
系统分机硬件框图如所示，由凌阳单片机SPCE061、传感器单元电路、固态继电器控制电路、无线传输模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。
2．1 SPCE061单片机

SPCE061A是凌阳科技推出的16位微控制器。SPCE061A内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使μ’nSP TM能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号，以μ’nSP TM为的SPCE061A微控制器适用于数字语音识别领域，其内部结构如所示。

2．2 GSMS MS手机短消息模块

GSMSMS模块是“中国电子技术信息网”（www.cetinet.com）推出的系列产品，该产品是在原GSMGPS模块的基础上改进的通用产品。GSMSMS模块由市面上的廉价手机和通讯适配电路组成，性能价格比高于GSMGPS。GSMSMS模块利用手机短消息系统进行数据传输，是目前各种利用电台做无线数传的理想替代产品。GSMGPS模块可广泛用于遥控、遥测、工业数据采集、防盗报警、交通运输监控管理、广告信息发布等场合。由于GSMSMS模块不受到域限制，将其应用于GPS系统是非常理想的设计方案。另外，GSMSMS模块使用方便，可以直接跟单片机的UART接口，并且生产商可以提供详细的GSMSMS模块通信协议及相关调试软件，用户只要根据协议操作即可。
2．3 无线数据传输电路

无线数据传输电路采用PTR2000无线传输模块，其显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模块内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。PTR2000的出现使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰。该器件优异的特性使得它非常适合于便携及手持产品的设计中。另外，由于它采用了低发射功率、高灵敏度的设计，因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数据的理想选择。

2．4 语音报警电路

SPCE061单片机具有语音功能，通过调用标准的API函数很容易实现语音报警。语音报警可以起到吓阻等作用。

2．5 看门警电路

SPCE061单片机内置看门狗电路。通常，在单片机的工作现场可能有各种干扰源，这些干扰源可能导致程序跑飞、死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，有效地使系统复位以恢复正常运转。

2．6 显示模块

显示模块采用凌阳公司的一款128×64点阵的液晶模组，驱动芯片是凌阳公司生产的SPLC501。此液晶模组的面板采用STN（Super Twisted Nematic）超扭曲向列技术制成，并且由128 Segment和64 Common组成。该液晶模块接口简单，使用方便，且可以完成很多液晶特效功能。

3 系统软件设计

本系统软件采用汇编语言与C语言混合编程实现，主要包括主机和分机两部分。

系统主机程序主要包括无线数据传输程序、传感器数据采集程序、GSM模块通信程序、语音报警程序、显示程序、键盘输入程序、看门狗程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。主机程序流程图如所示。

由于该系统采用的是一对多的双向数据传输，因此每个分机都有标识自己的地址码。其通讯软件主要分为两部分：主机与分机的无线通讯软件；单片机与GSMSMS模块的串行通讯软件。程序设计的关键是主机、分机间无线通讯的准确性。在程序设计中，采用通讯协议（Protocol）的做法，由主机发出地址码与操作指令，通知各分机采集数据，同时进行校验。每个分机都编有不同的地址码，主机发送地址码和操作指令时采用广播通讯的方式，只有该地址码与分机自身的地址码相同时，表示主机查询的就是该分机，同时发送应答信号，并准备接收命令；而主机将收回的应答信号与发出的地址码相比较，不同则给出错误的信息，相同则可以控制已叫通的分机，这时已叫通的分机继续接收主机发送的操作命令，并依据指令采集数据，将数据整理、打包后通过PTR2000发送给主机，直到接收到主机发来的执行命令为止。SPCE061单片机与GSMPSMS模块和无线通信模块PTR2000都通过串口进行通信，因此串口采取分时复用。分机程序流程图如所示。

对于本系统，目前已经完成了一套演示系统。本系统充分利用了现有的GSM网络资源，通过在实际GSM网络中的试运行表明：该系统能够达到设计初期的各项要求，满足了智能家居安防要求。该设计思想也可应用到信息家电、智能小区、远程监控系统、环境自动监测系统、无人值守系统等应用领域。