基于GPRS智能家居控制终端节点的设计

李业谦

【摘要】该文采用STC89C52单片机作为中央处理芯片、GTM900B、光耦开关等模块构件了智能家居控制终端节点。通过RXD和TXD端口连接接上GTM900B DTU，单片机通过发送AT指令向GTM900B DTU模块定时读取智能家居终端节点信息。采用收数据与单片机内设定的数据内容匹配机制，实现用户直接远程控制家居，在识别信号后单片机则控制端口控制光耦合器来控制LED灯的开和关，在实际使用中可以用继电器来控制代替光耦合器，来控制大功率电器。最后，通过测试实验验证，该文提出智能家居方案的可行性。

【关键词】STC89C52;智能家居;匹配机制

引言

智能家居（Intelligent Home）是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境[1，2]。随着科技的提高，经济的发展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，所以作为家居智能化的核心部分——智能家居控制系统也越发显得重要。家居智能化控制的开发和建设是未来国家、经济发展的必然趋势。智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。而且在现在这个注重绿色环保的世界里，智能家居为住户控制好空气的湿度、温度等，检查分析空气成分，让住户安心入住[3，4]。

所以，开发智能家居系统具有重要意义，本文论述了基于GPRS技术和单片机系统实现家庭智能系统的远程控制的方案，用户可以通过短信方式，访问家庭智能控制器。

1 智能家居硬件设计

1.1总体设计

本文以智能家电控制系统为研究对象，系统的总体设计思路是以STC系列单片机为核心[5，6]，采用了继电器控制家用电器的通断，以GPRS无线通信模块（GPRS DTU）为基础，基于AT指令和数据采集器，构建一个远程的智能家电控制系统，对家电进行控制，本设计以控制灯泡为例，实现了对灯泡的开关控制和状态反馈。其中GPRS模块接收用户短信将数据传送到单片机，单片机对数据进行处理并给出相应输出，从而控制家用电器（比如电灯）的开关。之后通过单片机处理，由GPRS发送模块发送回复短信。

图1  电路设计概念框图

图1是电路设计概念框图，系统的总体硬件设计主要包括几个模块，分别是单片机核心系统模块、GTM900B DTU模块、利用光耦开关控制LED灯模块。对于STC89C52单片机核心系统模块，它是系统主要的控制模块，调节和控制着系统的各个模块，共同实现整个系统的功能。单片机通过RXD和TXD端口与GTM900B DTU模塊进行通信，通过识别短信的内容控制光耦开关，来控制LED灯的亮灭，光耦开关主要通过P0口来控制。

1.2单片机最小系统

如图2所示为系统单片机的最小系统，所谓单片机的最小系统是指单片机运行工作起来，所必须的最基本的电路组成，它由时钟电路、复位电路和电源电路组成。它的外围器件非常少，电路的建立简单因此其成本低。

图2  单片机最小系统图

本系统采用的是自动上电复位方式由C2（10uF）和R2（10K）组成，该方式通常指，上电后，通过RC电路充电实现的。根据电容从零状态开始充电，电容两端的电压公式

（1）

其中， 。可以得知，

（2）

根据COMS电平标准，只要 从零电压充电到0.55V的时间大于5ms即可完成上电自动复位。这样就可以算出

，（3）

中值的大小。通常选择R1=1～10KΩ，C=10～30μF。

1.3 GPRS DTU模块简介

GPRS DTU全称GPRS数据终端单元，在软件设计上，它封装了协议栈，并且具有嵌入式操作系统，硬件上可看作是嵌入式PC加无线接入部分的结合。目前国内实际上对GPRS DTU有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。如图3 是GTM900B模块的实物图。

图3  GTM900B实物图

2系统软件设计

系统的软件设计包括以下几个部分：GTM900B模块初始化程序设计，即如何使得单片机与GTM900B模块传输数据;短信读取识别程序设计，即使单片机能够发送命令读取GTM900B收到的短信，并且能够识别短信内容并判断并执行相应命令;光耦开关控制电路程序设计，即使得单片机能够控制光耦开关的开启和闭合。如图 4是软件流程图。

图4  软件流程图

3 系统测试

全部元件安装完成后，将电路板放置好，当GTM900B模块的调试都正常后，便可以进行测试，将用手机发出短信，看是否控制LED灯的亮灭：首先将模块准备好后，手机发短信给GTM900B模块，短信内容为“K1”，在等了几十秒后，可以看到串口通信助手从GTM900B模块上接收到了如图5所示的数据，说明已经接收到了短信，并且光耦合器控制的LED灯亮了，说明模块收到短信并完成命令，接着执行发回复短信的命令。

图5  GTM900B收到短信后串口输出图

当手机就会收到完成命令的短信“Command completed successfully”，如图6所示，说明该模块已经正常完成所有功能，则智能家居节点测试成功。

4 小结

本文以智能家居控制系统为研究对象，应用PC+单片机方式，GPRS无线通信模块为基础，基于AT指令和单片机构建一个远程的智能家电控制系统，对智能家电进行控制。实现了智能家电的实时控制，具有操作简单，控制安全可靠，易维护等特点。

图6 手机短信内容图

参考文献：

[1]侯海涛.国内外智能家居发展现状[J].建材发展导向，2004，05：92-93.

[2]祁志强.智能家居的现状及发展趋势[J].智能建筑，2008，12：42-44.

[3]郭锐.EIB智能建筑及调光系统的研究[D].浙江大学，2004.

[4]戚振兴.浅议我国智能家居发展[J].广西轻工业，2009，10：63-64.

[5].王卫星.单片机原理与应用开发技术.北京：中国水利水电[M]，2009

[6]李建波. 基于STC89C52单片机的电子密码锁[J]. 现代电子技术，2008，23：154-156.