智能家居控制系统功能模块分析

刘鑫玙 罗 通 王篮仪

（三亚学院，海南 三亚572022）

随着经济的发展，人们对生活质量的追求越来越高，在人们快节奏工作和学习的同时，迫切希望在家中有一个灵活自如，能为人们提供方便的生活环境。目前人们的家居生活中大多还是使用钥匙作为防盗工具，然而还是无法完全保证家居的安全，而且当今市场上有各种各样的家用电器，人们生活中使用了大量家用电器，但是这些家用电器需要由人们自己控制，虽然部分产品有定时功能，但是产品功能还是有限且不灵活。 随着移动终端即手机的不断普及，扩展其应用将具有广泛的配备基础和市场前景，因此使用现有的通信线路来控制家庭中的设备或电器已成为未来的家居智能化的发展趋势。使用手机进行远程控制不需要特殊的布线，不占用无线电频率资源，不受距离和环境的影响，能够实现跨省、市甚至国家的进行手机远程控制。所以设计一种从门禁安全到家电使用安全的家居安全控制系统，必然给人们的生活带来诸多方便，而这种利用射频模块以及手机进行对家居安全的远程监控的系统可以称为：智能家居。

1 系统模块分析

系统以单片机STM32 为核心处理单元，使用GSM模块通过信息的传输与接收的方式对家电安全进行控制，使用RFID 射频模块进行门禁系统控制，只有拥有射频卡的人才可以刷卡入内，且使用RFID 射频模块对家电开关进行控制，在这些设计的基础上增加功能使用红外传感器对门禁系统安全加一道安全防护系统，使家居安全得到更大的保障。

1.1 STM32 单元

STM32 单片机是以ARM Cortex M 处理器内核为基础的32 位闪存微控制器，为微控制单元用户提供了一个全新的自由开发空间，并提供了各种软硬件辅助工具，使用户能轻易上手。STM32 单片机不仅融合了实时性、数字信号处理、低功耗、低电压等一些对用户有实质性效果的高效性能，而且也保持了高集成度和开发简易的特点，甚至在基于国际工业标准的条件下拥有最强大的产品支持，外加有大量的软硬件开发辅助工具供用户选择，让STM32 单片机逐渐成为各类项目和平台完美解决方案的最佳选择。STM32 单片机拥有相当广泛的产品线，分别包含了以ARM Cortex -M0、M0+、M3、M4 及M7 内核为基础并具备非常丰富辅助工具的多种32 位单片机。以目前市场数据来看，STM32 单片机提供的9 大产品线分别为F0、F1、F2、F3、F4、F7、H7、L0、L1 和L4 系列产品线，更拥有超过700 个型号以供不同用户的选择，这些单片机外带丰富多样和功能灵活的辅助工具，并实现了全产品系列上的引脚兼容，为广大单片机使用人员提供了更多的选择性以及其创造力自由度释放的相关帮助。STM32 单片机是一系列的产品，为ARMARM微控制器产品，就当前而言，可以将该系列进一步划分为几个子系列，具体如下：（1）小容量产品，这类产品具有的闪存存储器容量是比较小的，范围为16284～32768 个字节；（2）中容量产品，对应存储容量范围为65536～131072 个字节；（3） 小 容 量产品，具有262144～524288 个字节范围内的存储容量；（4）以及还有互联型产品。

1.2 GSM模块

GSM 是Global System for Mobile Communications 的 缩 写，意为环球移动通讯系统，是世界上重要的蜂窝系统之一。移动通信是实现通信终端的目标的有效手段，并且移动通信在商业市场中的巨大潜力也日益得到认可。其发展主要为以下四个阶段：（1）第一阶段是从20 年代到40 年代，这个阶段为移动通信发展的早期阶段；（2）从40 年代中期到60 年代初期，公共移动通信技术得到了显着发展，相关行业迅速成长；（3）第三阶段，从60 年代中期到70 年代中期，西方研究人员开始了开发手机系统和移动通信之路；（4）第四阶段是从20 世纪至今，70 年代中期至80 年代中期第一代蜂窝移动设备出现，到20 世纪末，2G网络通信技术已经相对完善，市场也得到了广泛的应用，人们深刻感受到网络技术变革带来的便捷，相关技术的研发也变得更加快速，自2000 年左右开始，在对3G 移动通信和2.5G 产品GPRS 系统的过渡进行了广泛探讨后，3G 走到了通信阶段的最前沿。2013 年6 月韩国电信运营商SK 全球率先推出了LTE-A网络，宣告4G 商用网络正式进入移动通信市场。GSM模块仍然在广泛的工业应用中使用，由于工作年限和环境要求，GSM模块可以在各行各业中看到，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。例如，在车载监视领域，可以将GSM模块配置到汽车的GPS 控制系统，从而获得了工业应用，并为民生提供了便利，受到广泛地欢迎；在测绘行业中，已经安装了许多远程地图站点的GSM模块，实现实时监控，无需人工收集数据；还可以把GSM模块配置到供水系统、电力控制系统等，从而能够远程获取表仪的读数，减少了劳动力，提高了工作效率[2]，实时监控用户的电量和用水量；在家中，可以安装无线报警系统，一旦火灾发生或盗窃，可以立即通知业主和报警；在国外，许多老年儿童随身携带个人追踪装置，以防止老人和儿童发生不幸或意外，也包括GSM模块。目前，GSM系统是基于时分多址接入技术的移动通信系统中应用最广泛的系统。

1.3 RFID 射频模块

RFID 技术的基本工作原理是标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。非接触式识别是射频系统中最是优点的地方，冰、雪、雾、涂料或者是条形码没有用的情况下射频识别系统都能穿透这些障碍来进行阅读，而且阅读的速度十分的快，很多情况下用不到100 秒的时间就能够完成阅读[1]。不仅如此因为RFID 承载的是电子信息，所有的内容数据都能设密码保护使内容不会轻易的被伪造作假。无线射频识别技术采用非接触的自动识别技术来进行身份确认。在过去几十年间RFID 技术在理论和应用领域都取得了巨大的进步。目前射频技术在交通，学校等民用领域有着广泛的应用。交通领域典型代表就是公交卡，地铁卡的使用。

1.4 红外模块

一般的红外系统通常由两大模块构成：一是发射模块，二是接收模块。其中人们往往选择红外发光二极管发射红外线，需要注意一点，此装置并非一般的发光二极管，相反它极具特别性，因此在对其两端施予电压时，向外发出的光并不是可见光，而是红外线[3]。红外遥控不会轻易收到外界物理条件的影响，而且光传播速度快，控制灵敏，发出不同频率的红外线就可以传输不同的信号。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。红外模块的测量是依据于其物理性，红外线也叫红外光，其具有反射、折射、散射以及干涉和吸收等特征。只要物质具有一定的温度（高于绝对零度），任何物质都可以发射红外辐射。红外传感器在测量过程中不会直接与被测物体接触，因此没有摩擦，并且具有高灵敏度和快速响应的优点。

2 结论

设计借助于GSM网络通信技术和单片机的控制功能，这个项目的设计顺利地实现了使用单片机STM32 和GSM通信两大模块相结合、GSM进行通信传输控制家电、RFID 射频识别进行门禁安全控制的设计功能。GSM模块和控制电路集成在同一电路板，从而节省了成本，而且提高了系统通信的稳定性，不仅可用于住宅，也可用于仓库、工厂、花卉大棚和其他地方的远程控制，具有操作简单，成本低的优点，并且适用范围广、安全可靠，具有广泛的应用前景。