基于GSM的远程家居监控系统的设计

王钰栋，尹洪胜，2，刘晶晶，石小春

(1.中国矿业大学信息与电气工程学院;2.物联网(感知矿山)研究中心，江苏徐州221008)

0 引言

远程家居监控系统可以使人们的生活更加舒适、方便、安全、快捷，比如远程提前打开家里的空调、电饭煲等电器，及时发现家中煤气泄漏、盗贼入室、火灾发生等危险情况，因此研制远程家居监控系统具有重要的现实意义。本文基于GSM通信网络，设计了一个远程家居监控系统，用户可以通过GSM网络，利用手机信息实现远程对家庭安防情况的实时监测和家电设备的开关控制。

1 系统总体结构

系统总体结构如图1所示，它包括室外用户手机、室内系统中心控制模块、系统监控节点三部分。室外手机用户通过GSM移动通信网络，将控制命令以短信息形式发送给室内中心控制模块，中心控制模块使用蓝牙通信技术实现对监控节点的家电设备或者监测设备进行控制;反过来，当监控节点出现异常危险情况或者手机用户要求监控节点发送自身工况信息时，中心控制模块将监控节点工况信息以短信息形式发送给手机用户，系统主要实现家庭安防情况的实时监测和室内设备的远程控制两大功能。

2 系统关键硬件电路设计与实现

2.1 中心控制模块电路

系统总体结构图见图1，系统中心控制模块硬件结构详见图2，它主要完成对用户手机信息进行编译和处理并发送相应的控制命令给系统监控节点，以及根据监控节点发送来的数据通过GSM模块以短信息的形式发送到监控者手机上。其中核心控制器采用LPC2138芯片，其外围扩展电路包括LCD显示、键盘、看门狗、报警电路、扩展的FLASH、SDRAM存储器等。远程GSM通信模块采用了西门子公司的TC35i模块，通过MAX232实现与LPC2138电平转换，一方面它可以对远程手机用户发来的短信息进行解码，将对监控节点的控制命令发送给控制器LPC2138，另一方面对监控节点发来的数据进行PDU编码，使用AT命令将编码数据以短消息形式发送给远程手机用户。系统用户可以通过键盘设置系统参数，同时通过LCD显示系统的工作状况以及传感器的实时监测信息。

图1 系统总体结构图

图2 中心控制模块结构图

2.2 蓝牙通信模块电路

蓝牙技术是一种近距离无线连接的技术规范，它具有无线性、开放性、低功耗等特点。传输距离一般为 0.1m～10m，功效放大距离可达100m，蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段上，采用跳频扩谱技术传送信息，蓝牙技术支持点对点和点对多点的通信。通过蓝牙技术连接在一起的整套设备可认为是一个微微网，将蓝牙模块分别内嵌于中心控制模块和各个监控节点上，这样可以组成一个有机的家庭无线网络:把中心模块作为一个微微网的主设备，把家居监控节点作为从设备，根据蓝牙规范，在同一个微微网内可以有一个主设备和七个从设备。

蓝牙通信模块硬件接口详见图3，它采用爱立信公司蓝牙模块ROK101008实现中心控制模块与监控节点间的通信。ROKl01008支持多种波特率，提供四个信号 TXD、RXD、RTS和 CTS，其中 TXD和RXD用于数据流传输，RTS和CTS用于数据流控制。不论是中心控制模块还是监控节点，ROK101008均通过UART口，分别与LPC2138和89C2051连接。

图3 ROK101008蓝牙模块硬件接口图

2.3 系统监控节点设计

系统监控节点结构图如图4所示，它以单片机89C2051为核心，包括蓝牙模块和键盘、显示、电源、时钟等外围电路，并外接有继电器、红外、摄像头、信号处理等电路，主要实现监测信息的采集、处理、发送以及根据手机用户发来的控制命令进行相应操作。

图4 系统监控节点结构图

家居安防监测:利用相关传感器以及门磁、窗磁和摄像头等对家庭内部环境、门窗异常、煤气火灾异常等进行监测。当热释红外传感器或门窗磁检测到有人非法进入室内时，中心模块启动摄像头和报警电路，发送非法入侵报警消息和入侵者照片到用户手机;当温度传感器检测到室内温度过高，并且烟雾传感器探测到烟雾超标时，说明有火灾，立即报警;当煤烟传感器检测到煤气等有害气体浓度超标时，表明有气体泄漏，立即报警。监控节点处理器通过蓝牙模块把报警信息发送给中心模块，中心模块发送不同的报警信息给用户手机。

家电远程控制:手机用户以短消息的形式发送控制指令，GSM通信模块接收后，读取短消息内容并进行解码，中心处理器将其数据通过蓝牙模块传输给家庭监控节点。若控制的是非可遥控型普通家电，如照明、电饭煲等，则采用开关实现控制，节点控制器通过I/O口驱动继电器控制相应设备的开关断开或闭合;若是红外遥控电器，如空调、电视机等，可采用模拟红外遥控方法，控制器驱动红外收发器向该设备发送相应红外控制信号。

3 系统软件流程设计

3.1 中心控制模块软件流程

软件流程图如图5所示，系统启动以后，模块进行初始化，接收来自GSM模块的数据，通过蓝牙把数据传送到监测节点，以及接收来自节点的数据，并通过GSM模块发送信息给用户手机。远程控制软件正常工作以后通过不断地检测中断，判断是何种命令，如果有外部中断，说明安防监测到有危险情况发生，则根据其内容发送相应的报警信息;如果有串口中断，说明有短信到来，进行身份验证，接收短信，根据内容给节点发送相应的控制命令。

图5 中心控制模块软件流程图

图6 中心模块数据发送和节点数据接收的通信流程图

3.2 室内蓝牙模块通信流程

将中心模块的蓝牙模块设置为主设备Master，而将监控节点的蓝牙模块设为从设备Slave，并且给每个设备设置一个目标地址。当Master要和Slave某个设备建立连接，那么Master根据目标设备的地址，向其发送寻呼消息建立连接，Slave接收到寻呼后建立连接，开始接收数据，这种方式适合对节点设备的远程控制，即中心模块向监控节点发送数据。中心蓝牙模块数据的发送和节点蓝牙模块数据的接收流程分别如图6(a)和(b)所示。相反，如果室内监测有危险情况出现，即监控节点向中心模块发送数据的蓝牙通信流程与图6类似，在此不再重复论述。

4 结论

本文提出了基于GSM网络的远程家居监控设计的具体实现方案，借助于GSM网络提供的完善的数据通信平台，为远程家居监控提供了一种灵活、方便的解决方法，同时采用ARM处理器为控制核心，以蓝牙技术为数据传输方式，并采用模块化设计，硬件组成结构简单、可扩展性能强、工作性能可靠稳定，可以实现通过手机远程对家庭安防的实时监测以及家电的远程控制。因此，本系统具有较大的实用价值和广阔的市场前景。

［1］吴巍，吴明光.国内三种智能家居网络综述［J］.现代建筑电气，2007(2):24－27.

［2］倪伟，张粤.智能家居安防系统的设计［J］.淮阴工学院学报，2009，18(5):48 －53.

［3］韩斌杰.GSM原理及其网络优化［M］.北京:机械工业出版杜，2001.

［4］沈兆军，毛敏.利用GSM短消息实现智能家居［J］.微计算机信息，2006，22(3):211 －213.

［5］王田苗.嵌入式系统设计与实例开发［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［6］张庆彬，战启芳.智能家居中的安防监控系统［J］.仪器仪表用户，2004(5):43－44.

［7］周立功，张华.深入浅出ARM7—LPC213x/214x(上册)［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2005.

［8］周华兰，唐明浩.ROK 101007/1蓝牙模块的特性与应用［J］.电子技术，2002(9):40－43.