基于MC9S08GB60的智能窗控制系统设计

赵石磊，李文越，李金刚

（哈尔滨理工大学，黑龙江 哈尔滨 150036）

0 引言

当今是信息化高度发达的时代，社会信息化和家居智能化也呈现出了蓬勃发展的趋势，越来越多的家庭开始追求高质量、高科技舒适安全的家居生活，充分享受由信息时代带来的生活上的便利。作为智能家居系统的子系统智能门窗，是在传统住宅的基础上，综合利用传感器技术、计算机技术、现代通讯技术和自动控制技术等，实现了门窗各种信息的采集、传输、处理和控制。然而，目前已有的智能窗存在着诸多不足：有些高端智能窗控制复杂、价格昂贵、且功耗较大；有些功能简单、不能实现远程控制、难以普及应用；本文在解决已有智能窗的弊端的基础上，系统通过加入GSM 模块建立起 “人机对话”系统，实现了用户对窗户的远程监控，使窗户真正 “智能”起来。

1 系统硬件设计

系统结构如图1所示。当系统上电后，整个装置开始初始化，接着各部分模块开始执行各自的功能：湿敏传感器检测室外的湿度，即检测是否下雨；温度传感器检测室内温度，GSM 模块开始处于短信接收状态，同时单片机搜集各模块信息，经过分析、处理后，控制窗体开关器动作，并通过GSM模块发送短信给用户，汇报窗体状态。

（1）单片机控制电路：本系统采用8位单片机MC9S08GB60，它是一款低功耗，高性能的单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），MC9S08GB60单片机在电子行业中有着广泛的应用。

图1 系统结构图Fig.1 System structure

（2）GSM 模块：本系统采用的GSM 模块为TC35i 模块，工作频段为双频 GSM900MH/GSM1800MHz，GSM（GPRS）网是覆盖范围广泛的全数字网，具备提供语音和数据服务的诸多优点，包括较低的误码率及极低的成本。中国移动和中国联通在全国范围都建有网络，覆盖范围广，用户多，并可实现全国漫游。GSM 模块通过串行总线RS232与MC9S08GB60 连接，向用户提供标准的AT 命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

（3）检测模块及执行机构：检测模块包括温度传感器和湿度传感器以及烟雾传感器和红外传感器。温度传感器和湿度传感器分别采用美国Dallas 公司DS18B20 数字式温度传感器及国产DHT11 数字式温湿度传感器，两种传感器均采用单总线方式与MC9S08GB60 通信；烟雾传感器则采用对CO 气体、天然气、液化气、城市煤气和烟雾有较好灵敏度的MQ-2 型气体烟雾传感器。红外传感器采用的是HC-SR501 人体红外传感器模块；执行机构即窗体开关器，采用的是电动螺杆式开窗器。单片机负责搜集温、湿度传感器、烟雾传感器以及红外传感器传来的数据，若温度过高、湿度过低或者烟雾浓度过大则单片机控制电动开窗器开窗；若温度过低、湿度过高或者红外传感器报警，则单片机控制电动开窗器关窗。

2 软件设计

系统主程序流程如图2所示。主要包括以下几个部分：

（1）系统判断是否有危险紧急事件发生。如发生火灾或煤气泄漏，烟雾探测器或煤气探测器检测到有信号时，系统调用事件处理子程序，即控制系统立即将窗门打开到最大，并启同时发送报警短信到用户的手机上，告知用户发生了煤气泄漏或烟雾产生。

MC9S08GB60与HC-SR501 通过MC9S08GB60 自身的数/模转换模块进行连接，并将其设置为8位精度模式和适当的比较电压，当电压高于比较电压时，则调用事件处理子程序。

（2）系统判断是否有风雨事件发生。如果刮风下雨，风雨传感器检测到有下雨信号时，系统调用事件处理子程序，即控制系统将窗门关闭，使雨水不能进入，同时将关窗的动作及原因发送告知信息到用户手机上。另外，如果红外传感器有报警信号，则调用事件处理子程序，立即关闭窗门，并通过手机短信告知用户关窗的原因。

MC9S08GB60与DHT11 之间的通讯，采用单总线方式，DHT11不会主动进行温湿度采集。MC9S08GB60 发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，并触发一次信号采集后送出完整的40bit的数据分为小数部分和整数部分，高位先出。

MC9S08GB60d 对DS18B20的写操作指令为： 数据线先置低电平 “0”；延时确定的时间约为15μs；按从低位到高位的顺序发送字节；延时时间约为45μs；将数据线拉到高电平；所有的字节全部发送完后将数据线拉高。读操作指令为：数据线拉高 “1”；延时约2μs；将数据线拉低 “0”；延时约15μs；将数据线拉高 “1”；延时约15μs；读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理；延时约30μs。

MC9S08GB60与HC-SR501人体红外传感器模块之间采用I/O 口直接连接方式，当HC-SR501 人体红外传感器模块检测有人时，输出为高电平，无人时为低电平。

（3）通过手机短信可以控制窗体的开与合。系统如果接收到短信控制信号时，调用短信控制子程序，系统对短信的内容进行分析，若收到开窗信号时，则控制开窗器打开窗门；若收到关窗信号时，控制开窗器关闭窗门。MC9S08GB60与GSM的软件接口其实就是单片机通过RS232与GSM 短信息有关的AT 指令控制手机的控制技术，是一种操作控制GSM 模块的软件协议的集合，通过编写程序软件利用串口收发AT指令达到控制GSM 模块收发短信的目的。AT 指令控制短消息发送有两种常用模式， 即TEXT 模式、PDU 模式。PDU 模式可以采用unicode 编码发送英文、汉字。本系统设计采用GSM 模块的PDU 模式进行短消息的收发。

图2 系统主程序流程图Fig.2 Flow chart of the program

3 结束语

本文基于单片机、GSM 模块、传感器等器件，来实现窗体的智能控制。经过调试后，智能窗系统很好地完成了设计要求。另外，本设计方案还可以推广应用到大部分家用电器上，比如电灯、洗衣机、电冰箱等电气的手机短信控制上，具有广阔的技术应用与产业化前景。

[1]李刚.飞思卡尔8位单片机实用教程[M].北京:电子工业出版社,2009.

[2]李硕，贾子庆，张明玮.基于多传感器的智能窗系统设计[J].电子设计工程，2011，4.

[3]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

[4]周洪，胡文山，等.智能家居控制系统[M].北京:中国电力出版社，2006.

[5]王志宏，白翠珍.基于DHT11的实验室多点温湿度报警系统设计[J].山西电子技术，2011，4.

[6]苗雨.基于GSM 模块实现短信发送[J].电脑知识与技术，2008，8.