基于物联网技术的实训室智能云管理系统设计

刘英明+胡正乙+刘治满

摘要本文主要介绍了以物联网技术为核心的智能实验室远程管理控制系统。系统通过GSM模块TC35将采集到的信息以短信形式发送到管理员手机，或打电话到管理员手机，管理员通过手机预装的视频监控软件可以查看实验室的具体情况。系统具有运行成本低、集成度高、运行稳定等特点，适用于远距离监测且不受地形条件的影响。

关键词物联网；GSM；单片机

当前，基于物联网技术的智能家居、智能楼宇等应用得到了广泛的研究，传统的建筑物室内管理出现了新的局面，物联网技术给整个应用环境带来了智能化的改变。本文将物联网技术在智能家居、智能楼宇等方面的部分结构和特性应用到实训室，探索智能实训室的模型，打造开放的实训室，为物联网技术的新发展提供全新的思路。

1系统总体设计

本系统采用TC35模块和MCU（ATmega16）作为主控器。系统前端采用对射开关、人体感应开关监测是否有人非法进入实训室，采用烟感传感器检测是否有火灾发生，同时安装视频监控摄像头用来监测发生险情时实训室的情况。如果有险情发生，单片机通过继电器打开摄像头，同时把险情信息发送给TC35模块，TC35模块通过GSM网络发短信或打电话给实训室管理人员，管理员接到报警信息后，打开手机预装的视频监控软件即可立即查看实训室以便做出正确处理。系统总体设计如图1所示。

2系统硬件设计

系统的硬件电路主要是实训室云管理终端硬件设计，包括系统主控模块、信号采集模块、TC35模块、电源电路等。信号采集电路主要包括对射开关、人体感应开关、烟感传感器以及摄像头。

2.1系统主控模块

系统采用ATmega16为控制核心，它具有高性能、低功耗以及运算速度快的8位微处理器，32个8位通用工作寄存器，16KB的系统内可编程Flash，内存大、数学处理能力强，上电复位以及可编程的掉电检测，支持扩展的片内调试功能，32个可编程I/0口，耗电量小。

2.2信号采集模块

信号采集电路主要包括对射开关、人体感应开关、烟感传感器以及摄像头。

对射式光电开关由发射器和接收器组成，其工作原理是通过发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之前阻断光线时，光电开关就产生开关信号。

人体感应开关也叫红外感应开关，是一种当有人从红外感应探测区域经过而自动启动的开关。人体红外感应开关的主要器件为人体热释电红外传感器。人体都有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是通过探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。

烟感传感器采用特殊结构设计的光电传感器，SMT贴片加工工艺生产，具有灵敏度高、稳定可靠、低功耗、美观耐用、使用方便等特点。

2.3TC35模块

TC35模块的工作电压为3.3V～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w（900MHz）和1W（1800MHz）。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（Short Message Service）和传真。

3系统软件设计

本系统利用对射开关、人体感应开关、烟感传感器来实时检测实训室情况，并且发送到单片机，用ATmega16单片机作控制核心，控制继电器打开摄像头，同时把信号发送给TC35模块，进而把险情信息发送给实训室管理员。系统流程图如图2所示。

3.1单片机控制设计

系统软件的大体流程是：首先上电进行单片机的初始化设置，如时钟，UART串口的波特率，引脚的功能设置等；然后发送开机脉冲开启TC35，并作相关设置，如串口波特率，短信模式，工号模式等；然后通过发送AT命令来控制TC35进行短信的收发即可。

3.2TC35通讯设计

TC35收到来电或短信时，能够通过串口发出相应提示信息，单片机也可以通过串口向TC35模块发送各种控制命令和待发送的短信内容。

TC35模块通过AT+CMGR指令判读短信来电，并与事先写入单片机EEPROM的授权手机号码、控制命令内容进行比对，即可事先认证短信发送方手机号码，并执行相应控制动作。现场报警传感器触发时，系统则立即将对应的报警短信内容发送到远程的系统管理员手机上。同时，系统支持语音通信，自动执行ATD指令循环拨打接警电话号码，并通过ATD指令的应答内容来识别实验室管理员是否接听，一旦工作人员接听或挂机，就不再拨打该号码。

3.3系统调试与实现

1）TC35模块的网络注册和调试。在使用TC35模块时，将SIM卡插在TC35模块的SIM卡卡槽，首先对模块进行联网注册。第一次按下网络启动按键，网络指示灯一亮一灭，表示网络注册未成功或网络正在注册中，等待大约1min，如果网络指示灯出现短灭常亮的状态，表示网络注册成功，TC35模块进入正常工作状态。

2）TC35与单片机通信测试。通过RS232串口线将单片机与TC35连接，把编写好的程序下载到单片机进行调试。测试程序中参数设置如下，速率：9600；奇偶检验位：无；数据位：8；停止位：1；流程控制：硬件。在测试程序中，单片机按键盘中某个按键向TC35发送AT命令，单片机接收显示返回0K，则表示单片机与GSM连接成功。

3）TC35模块发短信给手机测试。对短消息的控制共有3种模式：Block Mode、基于AT指令的PDU Mode、基于AT指令的Text Mode。目前发送短消息常用Text和PDU Mode。使用TEXT收发短信代码简单，实现起来容易，但是不能收发中文短信。本系统只用来发送和接收英文及数字，所以选用TEXT模式。系统经过测试正常，远程就可以通过手机发送来的信息预警实训室出现的险情，如有人非法进入实训室，实训室发送火灾等，极大减少实训室灾害。

4结论

本文设计的基于TC35的物联网技术的实训室智能云管理系统，是利用Atmega16来控制TC35模块，来实现短消息的收发与数据的无线传输。本次设计成本较低，运行稳定可靠，應用范围广泛，模块成本低，更加具有商业价值。