基于GSM短信通讯的家居智能监控系统

张敬普，李永明

（1.平顶山学院 软件学院，河南 平顶山 467000；2.平顶山学院 计算机学院，河南 平顶山 467000）

随着GSM网络移动通信技术的高速发展，移动通信技术已经应用到人们日常生活、工作的各个方面[1]。基于GSM短信通讯的家居智能监控系统是一个综合利用GSM网络通信技术、计算机网络技术、自动控制技术与自动检测技术等构成的无线监控系统，能够实现道终端设备（门窗、空调、冰箱等）的开关、终端环境的温度的检测、远程终端设备电压的监测、红外防盗报警器的监控、煤气泄露检测等功能。借助于移动通信GSM网络、互联网，管理人员通过手机可以随时、随地掌握家居的工作状态和环境状况，提高了家居环境的安全系数。

1 系统总体结构

本系统是一个有主控制系统组成分布式的监测系统，通过GSM网络，控制系统在主控制系统的控制下进行工作，系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图Fig.1 General structure diagram of the system

本系统采用的是价比适当的89C51单片机和TC35i型GSM模块。TC35i是新一代无线通信GSM模块[2]。TC35i由供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35i的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。GSM模块用来与手机终端通信，89C51单片机则用于主控制系统，分别处理温度部分，AD转换控制部分，远程终端设备控制部分，红外防盗报警控制部分及其它控制部分等。

2 系统硬件设计

设备终端采用89C51芯片做单片机的内核，其性能优越，有40个引脚，1个8位的微处理器，2个16位时钟定时器记数器，1个片内RAM，1个片内 ROM，4个8位并行I/O口P0-P3，每个口都可以用做输入或者输出，1个全双工UART的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机于外界的通信。单片机板上有3个发光二级管，代表终端设备状态；一个蜂鸣器，用来红外防盗、煤气泄露检报警等，其中还有两个I/O口用来检测门口防盗状态；系统中有一个AD转换，用来模拟被监测电压，系统设计电路图如图2所示。

单片机直接外接TC35i模块来接收信息，用串口中断来检测信息的到来并且返回当前设备状态，经过处理接收的信息，单片机做出相应的操作。89C51与TC35i之间通过异步串行接口进行通信，通信速率为9 600 b/s，具有1位起始位、8位数据位、1位停止位、无奇偶校验位。

图2 系统电路图Fig.2 Circuit diagram of the system

1）测量部分:采用内带AD转换的DS18B20温度传感器，利用89C51单片机把温度传感器转换的数据读取进来。

DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为－55～+125 °C，在－10～+85 °C 范围内，精度为±0.5 °C。 DS1822 的精度较差为±2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，它的测量精度可以配置成9位、10位、11位或12位4种状态。温度传感器在测量完成后将测量的结果存储在 DS18B20的两个8BIT的RAM中，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500 μs，然后释放，DS18B20收到信号后等待 16～60 μs 左右， 后发出 60～240 μs 的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

2）AD转换控制部分：采用ADC0809转换芯片，用来模拟被监测电压。

本次设计中使用八通道的 IN0，将 A，B，C（25 24 23）管脚直接接地固定选择IN0，ALE与ST管脚连通，接单片机P2.3 脚，EOC 接 P2.2 脚，VREF+接 VCC，VREF－接 GND，引出8根数据脚接P0口，由此完成硬件连接。

3）设备控制部分：编程控制单片机的I/O口输出高、低电平来控制继电器的断与开，从而来控制监测远程终端设备的断与开。

4）驱动控制部分：在本系统中，驱动模块用于控制空调等家用电器的开关从而达到改善室内环境的目的。由于不同型号的继电器的输入驱动电流不同，所以在单片机输出引脚通过三极管放大控制电流来驱动继电器动作，从而使用户方便地远程控制家用电器。

3 软件设计

系统监控软件在平时不断检测各报警点的信号，当有异常情况时，智能监控模块自动发出报警信息进行短信报警，当然也可接收监控者的控制指令。本系统软件设计包括GSM模块通信软件，单片机控制板软件设计等。

3.1 基于GSM通信的软件设计

下位机系统和上位机系统所使用的无线通讯模块都是带串口的GSM MODEM[3]。标准的GSM模块都支持GSM07.05所定义的AT[4]命令集的指令。因此，MCU通过UART串口直接向GSM模块发AT命令，就可以方便简洁地实现基于GSM短信息的收发、查寻和管理。通过串口向SIM300模块发送AT指令可以设置短信中心号码、短信格式、短信接收对象和方式以及TCP服务器等。短信格式一般分为TEXT与PDU[5]，本系统采用Text模式进行发送和接收短信息。采用Text模式发送接收短信息的步骤分为初始化GSM模块、发送文本短信息和接收短信息，相关的AT指令如下：

1）AT+CSCA=“中心号码” 设置短信中心号码，返回OK，表示设置成功。

2）AT+CMGF=1/0 其中，1表示设置消息内容为 Text模式模式，0表示设置消息内容为PDU模式。返回OK，表示设置成功。在本系统中此设置为1。

3）AT+CNMI=2，1 “AT+CNMI” 用于设置GSM模块收到新短信后的指示方式[3]，其中2表示当模块收到短信时，有提示信息返回，返回格式为：+CMTI:“SM”，index。1表示关闭回报功能，否则可能会干扰单片机处理工作，影响系统的工作效率。返回OK，表示设置成功。

4）AT+CMGD=index 删除序号为index的短信，返回OK，表示删除成功。

5）AT+CMGS=“手机号码” 发送短信命令，输入此命令后等返回“＞”符号后，即可输入短信内容，用“Ctrl+Z”（在程序中用0X1A0D表示）表示短信结束，成功发送后模块返回OK。

6）AT+CMGR=index 读取序号为index的短信，内容包括短信的状态，来信号码，时间及短信内容等。

3.2 单片机的程序的设计

系统程序流程软件设计的重点在于单片机的编程，主要是以下几个方面：

1）主程序开始要对模块进行初始化，初始化的工作包括设置串口速率、无线网络登录以及设置短信模式为Text模式并且设置异步串口通信方式，本系统中设置波特率9 600 bps，无校验位，8个数据位。在TC35i初始化之前要用定时器延时5 s，等待TC35i自检完毕后，然后检查SIM卡，若检查到无SIM卡，系统就会调用声音报警子程序；若有SIM卡则继续检查移动通信运营商，而后再对TC35i进行初始化，主要是用AT命令初始化发送方式、设置短信中心号码和登录网络的测试等。初始化的程序如下：

2）发送消息子程序，单片机自动地完成对设备状态的循环检测，如果监控到的数字量或模拟量出现问题，则单片机就通过AT命令控制TC35i向监控者发送短消息报警，通过向TC35i写入不同的AT指令，能完成多种功能，如发送SMS消息、接收SMS消息等。

发送“AT+CMGS= 电话号码”命令，TC35i返回“>”符号。这时发送的报警信息内容必须以字符0X1A结尾。当信息发送成功时，TC35i返回“OK”， 否则返回“ERROR”。

3）接收消息子程序，通过 AT命令将 GSM模块设置为接收模式，初始化串口并打开串口中断[6]。系统对接收到的短消息进行解析，根据解析出来的发送端号码来判断此短信是否有效，若有效则执行相应的命令，否则直接删除短信。

4）DS18B20温度传感器的读数子程序，包括将数据线置高电平1、延时、数据线拉到低电平等过程，相应的程序如下：

4 结束语

本系统通过用户手机，利用GSM模块和公共移动网络，能成功的向远程终端发送信息，远程终端可以通过处理信息，控制多台远程终端设备（门窗、空调、冰箱等）的开关；监测终端环境的温度；监测远程终端设备的电压；两个红外防盗报警器随时监控等，煤气泄露检测，实现了要达到的目标。本系统性能稳定，有比较广阔的应用前景。

[1]王志民，李晟.基于GSM短信通讯的路灯智能监控系统[J].自动化与仪器仪表，2006（5）：72-74.WANG Zhi-min，LI Cheng.The automatic monitoring system of street light based on GSM communication[J].Automation&Instrumentation，2006（5）：72-74.

[2]范志辉，张平，霍雷.基于GSM的机房环境智能监控系统设计[J].电气自动化，2009（1）：56-58.FAN Zhi-hui， ZHANG Ping， CUI Lei.Design of a kind of computer-room environment automatic monitoring system based on GSM[J].Electrical Automation，2009（1）：56-58.

[3]卢军，赵慧涛，钟华.基于GSM的电机智能监测系统的研究与实现[J].微计算机信息，2009（19）：85-87.LU Jun， ZHAO Hui-tao， ZHONG Hua.The reaserch on intelligent monitor system of asynchronous motor based on global system for mobile communications[J].Microcomputer Information， 2009（19）：85-87.

[4]Wavecom公司.AT Commands Interface[EB/OL].[2011-07-26]http://www.atasun.net/download.

[5]李德领，马潮.嵌入式系统中短消息实时处理的实现[J].单片机与嵌入式系统应用，2006（1）：33-35，39.LI De-song， MA Chao.The Implementation of SMS real-time processing in Embedded systems[J].Microcontrollers&Embedded Systems，2006（1）：33-35，39.

[6]叶娜.基于GSM的果园土壤湿度智能监控系统设计[D].河北：河北农业大学，2011.