基于GSM技术的智能家居远程监控系统的设计

浙江工业职业技术学院 李 博

1.前言

智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、通信、自动化、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统及三表抄送等）连接到一起，提供家居环境可编程定时控制等多种功能。与传统的普通家居相比，生活的便利性与舒适性得到了极大提升[1]。

本文研究了基于GSM技术的家庭远程监控系统，采用单片机作为中央处理器，以GSM短信息的方式进行无线通信，实现对智能家居设备的远程监控，可以接收家庭防盗、消防、门禁等探测器的报警信息，并能远程控制空调及热水器等家电的工作状态。鉴于现有移动通信网络技术成熟、覆盖面广，所以基于GSM技术的智能家居远程监控系统具有方便、快捷、高效和高性价比的优点[2]。

2.方案设计

整个智能家居远程监控系统由单片机主控模块和各功能子模块构成。单片机通过GSM通信模块接收用户手机发送的短信息，根据短信息的内容控制各子功能模块，同时单片机通过GSM通信模块将家居系统的状态信息以短信息形式发送给用户手机。基于GSM技术的智能家居远程监控系统整体结构框图如图1所示。

本系统无线通信部分拟采用GPRS M22模块，该模块可以在900Hz和1800Hz两种频段工作，能提供宽带的GSM应用，能进行语音和数据的传输。用户可以利用标准的AT命令来控制模块，实现单片机与手机用户之间的短信息的收发通信。

主控模块采用AT89C51单片机，依照协议与GPRS M22模块进行通信，进行短信息的收发。单片机接收并解释短信息指令，对系统内的各功能子模块进行控制。例如，防盗报警模块将红外对射探测器、红外幕帘探测器、玻璃破碎探测器的报警信号采集到单片机；消防报警模块将烟感探测器、感温探测器、燃气探测器的报警信号采集到单片机；门禁控制模块将门磁信号反馈回单片机，并接收单片机解释的短消息的门禁管理命令，如开锁信号等；空调控制器模块接收单片机解释的关于空调管理的短消息命令，如开机、关机、加热、制冷、设定目标温度值等，并将环境温度值实时地反馈回单片机；热水器控制器模块接收单片机解释的关于热水器管理的短消息命令，如开机、关机、加热、设定目标温度值、设定目标水位值、上水等，并将水温度值和水位值实时地反馈回单片机。

3.硬件设计

GSM短信息模块接收信息后，需由AT89C51来解释，进而去执行相应的命令，因此GSM短信息模块需与AT89C51进行数据通信。AT89C51具有较强的串口通信能力，故采用串口实现与短信息模块进行数据传输。由于GSM串口与单片机的逻辑电平不一致，因此在实际应用时，必须把微处理器的信号电平转换为RS232电平，本课题采用MAX232电平转换芯片实现。电路图如图2所示。

防盗报警模块采用红外对射探测器、红外幕帘探测器、玻璃破碎探测器作为前端探测器，消防报警模块采用烟感探测器、感温探测器、燃气探测器作为前端探测器。由于AT89C51的I/O端口数量有限，故采用将各个探测器进行级联合并为一个“防区”的形式。“常闭”触点探测器通过串联连接，“常开”触点探测器通过并联连接，当其中某个探测器被触发，单片机将收到报警信号。所有同类探测器都处于同一“防区”，而“防区”是处理器能区别报警信息的最小区域单位，所以本系统可划分为防盗防区、消防防区及门禁防区。

空调与热水器控制器采用温度采集电路采集环境温度及即时水温，通过温度传感器检测环境温度信号，再经A/D转换后，将数字信号送入到单片机中进行数据处理。用户远程控制命令及数据采集结果经过控制算法运算得出控制命令，通过单片机的输出I/O口及光电隔离电路，控制继电器的闭合，从而实现对空气温度及水温的调节[3]。为了降低系统内供电电源波动的影响，使转换精度更高，采用可调分流基准源TL431构成稳压电路，为ADC0809的+REF端提供精准的+5V基准电压。温度采集与转换电路如图3所示。水位控制电路则采用水位传感器进行数据采集工作。

4.软件设计

单片机与GPRS M22模块的通信采用串行工作方式1，数据格式为10位。其中，第1位为起始位，然后是8位数据，然后是1个停止位。其波特率的值取决于定时器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值[4]。为节省处理器资源，单片机采用中断方式读取短信息，从而保证其他功能模块的执行。

单片机作为整个系统的控制核心，承载着短信息的接收、解释、发送以及向各子功能模块发送控制命令等功能，其中单片机与GPRS M22模块的通信是本文设计的重点。GSM通信的流程图如图4所示。

以下为部分AT指令的定义。

5.结论

本文建立一个基于GSM短信息的家居智能化遥控检测系统，实现对家庭设备、家居环境的监控，用户可以使用通用移动通信设备，远程监控家庭安全防范状况、消防报警信息、门禁出入口状况，并能按照用户意愿实时地远程遥控调节空调、热水器等设备的工作。采用GSM技术的智能家居远程监控系统基于目前覆盖广、信号好、技术成熟的移动通信网络，设备通用性好，设备改造投入成本低，具有广阔的市场应用前景，并具有较好的社会效应及经济效应。

[1]刘晓胜.智能小区与通信技术[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]沈兆,毛敏.利用短信息业务实现智能家居[J].微计算机信息,2006.22(1):22-25.

[3]M Kandler,Y Manoli,W Mokwa;E Spiegel,H Vogt.(1992).A miniature single-chip pressure and temperature sensor.Journal of Micromechanics and Microengineering.2(3).199.

[4]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航天航空大学出版社,2007.