[摘 要] 本智能家居系統是基于全球移動通信系統進行設計的。系統采用GSM模塊進行短信收發，以 STC89C52RC單片機系統為控制核心，進行信息的反饋和遠程控制，從而實現遠程報警、遠程控制等功能。
[關鍵詞] 智能家居 GSM模塊 單片機
1.前言
隨著經濟的快速增長，手機用戶的數量在飛速增長，一種價格低廉且功能齊全的基于GSM模塊的的家居智能控制系統應運而生。本系統介紹的家居智能控制系統采用GSM模塊進行短信收發，以STC89C2RC芯片為控制核心，實現遠程控制、信號采集、遠程報警等功能。
2.系統的總體設計方案與主要功能
2.1系統的總體設計方案
當用戶家里有盜賊出入或者門窗沒有關好，發生火災或者煤氣泄漏，溫度低于或者高于預設溫度時相應的傳感器發出信號，此時數據采集模塊將傳感器發出的信號轉換成數字量，然后送給單片機控制系統進行計算和分析后，通過RS232串口將數據傳送給GSM模塊將家里即時信息發送到用戶手機上，同時單片機控制系統將控制啟動相應的執行機構，如打開啟動報警器，打開照明燈，打開電磁閥，打開空調等等。當GSM模塊接受到用戶短信指令后，將其轉換成數字量，通過串口送給單片機系統分析指令的意思，然后開啟相應的家電設備，比如提前打開燈，電視，熱水器，或者空調，實現遠程控制功能。
智能家居系統各單元的組成與功能簡介：
傳感器單元：傳感器單元主要包括有紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等，主要是對家中各指標進行檢測，例如煙霧濃度，溫度高低等，并將這些離散量裝換成數字量送給控制系統單元。控制系統單元：控制系統單元主要有STC89C52芯片和外部必要的復位、電源電路等構成。主要是對傳感器單元和GSM模塊傳送過來的數據進行分析和計算，從而發出正確的指令。GSM模塊單元：GSM全稱為全球移動通訊系統。是用戶與系統通訊連接的最重要的單元。電源模塊：采用UPS供電，保證系統能在斷電的情況下能正常運行。
2.2系統主要功能
遠程控制功能：該系統能接收并識別用戶發送來的控制命令并由單片機處理，來實現不同家電工作及停止功能。遠程報警功能：在用戶住宅出現異常情況時，比如火災、盜賊入侵、門窗未關好等，系統會自動發送報警短信給預先設定手機號碼的用戶，同時啟動現在相關的執行機構，如啟動報警器等。永不斷電功能：系統采用UPS電源供電，在斷電時可繼續工作，可以在斷電情況下監控家里安全信息，克服了停電時不能報警等缺點。
3.硬件技術方案
硬件的技術方案包括傳感器單元硬件設計方案，控制系統單元硬件設計方案，GSM模塊單元硬件選擇方案，電源模塊硬件選擇方案。
3.1傳感器單元硬件設計方案
本系統傳感器單元包括紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器和A/D轉換模塊。
紅外傳感器采用主動紅外探測器，主動紅外探測器由紅外發射機，紅外接收機和報警控制器組成。紅外發送端和接收端之間有一道紅外光束，當人體穿越此光束時，必將部分或全部遮擋紅外光束，接收端輸出電信號的強度會發生變化從而啟動報警控制器發出報警信號，同時發報警短信信息給用戶。
煙霧傳感器采用MQ-2，它是一種電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測氣體的濃度（成分）而變化。氣敏器件又是一種“氣—電”傳感器件，它將被測氣體的濃度（成分）信號轉換成相應的電信號。其響應時間≦5s,恢復時間≦30s。探測液化氣的濃度在300ppm-5000ppm。足以滿足本系統設計要求。
A/D轉換模塊，主要采用ADC0809芯片，其主要是將各傳感器采集回來的數據轉換成數字量送給STC89C52RC單片機進行計算和分析。0809具有8路模擬輸入端口，地址線（23-25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉換，22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為AD轉換啟動控制，當輸入電平由低到高再到低后A，就開始A/D轉換。7腳為A/D轉換結束標志，當A/D轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉換數據輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉換數據從端口輸出。
3.2控制系統單元硬件設計方案
控制系統單元主要由STC89C52RC芯片及其復位和電源電路組成。8位STC89C52RC單片機是STC公式開發的一款增強型的51單片機芯片。具有低功耗，運行穩定，存儲空間大等特點。用戶應用程序空間為8KB。片上集成512字節RAM，具有ISP/IAP功能，無需專用編程其，可直接通過串口下載用戶程序，數秒即可完成。節約購買專用編程器的資金。具有3個16位定時/計數器。最主要的是該芯片與51芯片兼容，給使用者帶來極大的便利。
4.硬件電路設計
本系統的硬件電路主要包括GSM模塊與STC89C52RC芯片的連接電路和執行機構電路。
4.1 GSM與單片機硬件連接
GSM與STC89C52RC的硬件連接圖如圖所示。
單片機與GSM模塊的硬件連接TC35I的數據接口采用串行異步收發， 數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無校驗位，可以在300-115×103bps的波特率下運行。由于數據通信電路中TC35I數據接口工作在CMOS電平，而STC89C52RC芯片工作在TTL點電平，所以在STC89C52RC芯片和TC35I之間加入TI公式的電平轉換芯片MAX232。實現串口通訊的功能。
4.2執行機構電路
執行機構部分電路如圖所示。
本系統共有八路通過繼電器通斷實現對電器控制的執行機構電路。單片機管腳通過10K限流電阻與三極管基極相連，當相應的管腳呈高電平時，那么相對應的三極管就會導通，信號繼電器線圈也就會通電吸合，從而實現家用電器的開關。當單片機管腳輸出為低電平時，三極管失去導通電壓關斷，由于繼電器線圈并聯了一個續流二極管，此時繼電器線圈產生的巨大的感應電流會通過續流二極管與線圈形成通路，最后電能將全部在線圈上消耗，從而感應電流就不會沖向三極管，保證了電路的穩定性和可靠性。
5、系統軟件設計
5.1系統流程圖
本系統的軟件部分由C語言編寫，C語言有較好的可閱讀行和移植性，大大的方便了程序的編寫。首先對系統進行初始化，初始化包括串行通訊口的初始化，中斷初始化，TC35I的初始化。然后單片機對是否接受到短信指令和與傳感器連接的I/O進行循環檢測。當GSM接收到短信指令時，通過單片機的分析計算啟動相應的電器，同時給用戶發送操作成功的短消息，然后繼續對傳感器進行檢測，如果沒有傳感器沒有信號，則又返回繼續對GSM是否接收到短信指令進行檢測，就這樣循環進行檢測。當家里發生險情或溫度過高時，軟件進入中斷服務程序，對三個傳感器分別進行判斷，然后進行相應的處理同時完成對報警信息的發送。
5.2 AT指令
AT指令是以AT作首，字符結束的字符串，AT指令的響應數據包在 中。每個指令執行成功與否都有相應的返回。對TC35I的操作均采用AT指令，它包含了GSM語音和短信息的控制。其指令格式為“AT+XXXX”，根據AT指令的GSM07.05標準，發送和接收中文或中/英文混合的短信息必須采用PDU模式，Text模式只支持傳送英文及數字信息。根據本系統的要求采用Text模式。系統所用基本命令如下：
設置短消息發送格式（0-PDU，1-文本）AT+CMGF=1；
發送短消息(短消息內容為“OK”)AT+CMGS="15173236799"(用戶電話)>OK^z（^z 表示OK+z）；
本地中心號碼設置"AT+CSCA=+8613800732500（湘潭）"；
讀取短信息內容AT+CMGR=1；
GSM網絡狀態查詢“AT+CREG·”；
刪除短息防止溢出AT+CMGD=1；
6.結論
隨著我國的經濟迅猛發展，人們的生活水平要求不斷的提高，相信在不久的將來只能家居系統將會被越來越多的人接受并使用。本文介紹的只能家居系統是基于GSM網絡通信技術以單片機為控制核心，輔以各種傳感器實現了對家居的智能化安防監控和遠程控制。可以有效的保護人民的生命財產安全，為人們提供了一個更加舒適，安全，時尚，簡潔的家居生活。■
參 考 文 獻
[1] 王迎旭.單片機原理與應用.北京：機械工業出版社，2004.7
[2]鄭峰.51單片機應用系統典型模塊開發大全.北京：中國鐵道出版社，2010.1
作者簡介：
蔣校輝（1974-），男，湖南邵陽人，湖南工程學院實驗師，工程碩士 主要從事工程實踐教學及機械方面的研究。
李建明（1963-），男，湖南湘潭人，湖南工程學院教授（中心主任），學士，主要從事機械及電器方面的研究。
劉君 湖南工程學院電氣0804學生
湯仁 湖南工程學院材料0805學生
[關鍵詞] 智能家居 GSM模塊 單片機
1.前言
隨著經濟的快速增長，手機用戶的數量在飛速增長，一種價格低廉且功能齊全的基于GSM模塊的的家居智能控制系統應運而生。本系統介紹的家居智能控制系統采用GSM模塊進行短信收發，以STC89C2RC芯片為控制核心，實現遠程控制、信號采集、遠程報警等功能。
2.系統的總體設計方案與主要功能
2.1系統的總體設計方案
當用戶家里有盜賊出入或者門窗沒有關好，發生火災或者煤氣泄漏，溫度低于或者高于預設溫度時相應的傳感器發出信號，此時數據采集模塊將傳感器發出的信號轉換成數字量，然后送給單片機控制系統進行計算和分析后，通過RS232串口將數據傳送給GSM模塊將家里即時信息發送到用戶手機上，同時單片機控制系統將控制啟動相應的執行機構，如打開啟動報警器，打開照明燈，打開電磁閥，打開空調等等。當GSM模塊接受到用戶短信指令后，將其轉換成數字量，通過串口送給單片機系統分析指令的意思，然后開啟相應的家電設備，比如提前打開燈，電視，熱水器，或者空調，實現遠程控制功能。
智能家居系統各單元的組成與功能簡介：
傳感器單元：傳感器單元主要包括有紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等，主要是對家中各指標進行檢測，例如煙霧濃度，溫度高低等，并將這些離散量裝換成數字量送給控制系統單元。控制系統單元：控制系統單元主要有STC89C52芯片和外部必要的復位、電源電路等構成。主要是對傳感器單元和GSM模塊傳送過來的數據進行分析和計算，從而發出正確的指令。GSM模塊單元：GSM全稱為全球移動通訊系統。是用戶與系統通訊連接的最重要的單元。電源模塊：采用UPS供電，保證系統能在斷電的情況下能正常運行。
2.2系統主要功能
遠程控制功能：該系統能接收并識別用戶發送來的控制命令并由單片機處理，來實現不同家電工作及停止功能。遠程報警功能：在用戶住宅出現異常情況時，比如火災、盜賊入侵、門窗未關好等，系統會自動發送報警短信給預先設定手機號碼的用戶，同時啟動現在相關的執行機構，如啟動報警器等。永不斷電功能：系統采用UPS電源供電，在斷電時可繼續工作，可以在斷電情況下監控家里安全信息，克服了停電時不能報警等缺點。
3.硬件技術方案
硬件的技術方案包括傳感器單元硬件設計方案，控制系統單元硬件設計方案，GSM模塊單元硬件選擇方案，電源模塊硬件選擇方案。
3.1傳感器單元硬件設計方案
本系統傳感器單元包括紅外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器和A/D轉換模塊。
紅外傳感器采用主動紅外探測器，主動紅外探測器由紅外發射機，紅外接收機和報警控制器組成。紅外發送端和接收端之間有一道紅外光束，當人體穿越此光束時，必將部分或全部遮擋紅外光束，接收端輸出電信號的強度會發生變化從而啟動報警控制器發出報警信號，同時發報警短信信息給用戶。
煙霧傳感器采用MQ-2，它是一種電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測氣體的濃度（成分）而變化。氣敏器件又是一種“氣—電”傳感器件，它將被測氣體的濃度（成分）信號轉換成相應的電信號。其響應時間≦5s,恢復時間≦30s。探測液化氣的濃度在300ppm-5000ppm。足以滿足本系統設計要求。
A/D轉換模塊，主要采用ADC0809芯片，其主要是將各傳感器采集回來的數據轉換成數字量送給STC89C52RC單片機進行計算和分析。0809具有8路模擬輸入端口，地址線（23-25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉換，22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為AD轉換啟動控制，當輸入電平由低到高再到低后A，就開始A/D轉換。7腳為A/D轉換結束標志，當A/D轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉換數據輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉換數據從端口輸出。
3.2控制系統單元硬件設計方案
控制系統單元主要由STC89C52RC芯片及其復位和電源電路組成。8位STC89C52RC單片機是STC公式開發的一款增強型的51單片機芯片。具有低功耗，運行穩定，存儲空間大等特點。用戶應用程序空間為8KB。片上集成512字節RAM，具有ISP/IAP功能，無需專用編程其，可直接通過串口下載用戶程序，數秒即可完成。節約購買專用編程器的資金。具有3個16位定時/計數器。最主要的是該芯片與51芯片兼容，給使用者帶來極大的便利。
4.硬件電路設計
本系統的硬件電路主要包括GSM模塊與STC89C52RC芯片的連接電路和執行機構電路。
4.1 GSM與單片機硬件連接
GSM與STC89C52RC的硬件連接圖如圖所示。
單片機與GSM模塊的硬件連接TC35I的數據接口采用串行異步收發， 數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無校驗位，可以在300-115×103bps的波特率下運行。由于數據通信電路中TC35I數據接口工作在CMOS電平，而STC89C52RC芯片工作在TTL點電平，所以在STC89C52RC芯片和TC35I之間加入TI公式的電平轉換芯片MAX232。實現串口通訊的功能。
4.2執行機構電路
執行機構部分電路如圖所示。
本系統共有八路通過繼電器通斷實現對電器控制的執行機構電路。單片機管腳通過10K限流電阻與三極管基極相連，當相應的管腳呈高電平時，那么相對應的三極管就會導通，信號繼電器線圈也就會通電吸合，從而實現家用電器的開關。當單片機管腳輸出為低電平時，三極管失去導通電壓關斷，由于繼電器線圈并聯了一個續流二極管，此時繼電器線圈產生的巨大的感應電流會通過續流二極管與線圈形成通路，最后電能將全部在線圈上消耗，從而感應電流就不會沖向三極管，保證了電路的穩定性和可靠性。
5、系統軟件設計
5.1系統流程圖
本系統的軟件部分由C語言編寫，C語言有較好的可閱讀行和移植性，大大的方便了程序的編寫。首先對系統進行初始化，初始化包括串行通訊口的初始化，中斷初始化，TC35I的初始化。然后單片機對是否接受到短信指令和與傳感器連接的I/O進行循環檢測。當GSM接收到短信指令時，通過單片機的分析計算啟動相應的電器，同時給用戶發送操作成功的短消息，然后繼續對傳感器進行檢測，如果沒有傳感器沒有信號，則又返回繼續對GSM是否接收到短信指令進行檢測，就這樣循環進行檢測。當家里發生險情或溫度過高時，軟件進入中斷服務程序，對三個傳感器分別進行判斷，然后進行相應的處理同時完成對報警信息的發送。
5.2 AT指令
AT指令是以AT作首，字符結束的字符串，AT指令的響應數據包在 中。每個指令執行成功與否都有相應的返回。對TC35I的操作均采用AT指令，它包含了GSM語音和短信息的控制。其指令格式為“AT+XXXX”，根據AT指令的GSM07.05標準，發送和接收中文或中/英文混合的短信息必須采用PDU模式，Text模式只支持傳送英文及數字信息。根據本系統的要求采用Text模式。系統所用基本命令如下：
設置短消息發送格式（0-PDU，1-文本）AT+CMGF=1；
發送短消息(短消息內容為“OK”)AT+CMGS="15173236799"(用戶電話)>OK^z（^z 表示OK+z）；
本地中心號碼設置"AT+CSCA=+8613800732500（湘潭）"；
讀取短信息內容AT+CMGR=1；
GSM網絡狀態查詢“AT+CREG·”；
刪除短息防止溢出AT+CMGD=1；
6.結論
隨著我國的經濟迅猛發展，人們的生活水平要求不斷的提高，相信在不久的將來只能家居系統將會被越來越多的人接受并使用。本文介紹的只能家居系統是基于GSM網絡通信技術以單片機為控制核心，輔以各種傳感器實現了對家居的智能化安防監控和遠程控制。可以有效的保護人民的生命財產安全，為人們提供了一個更加舒適，安全，時尚，簡潔的家居生活。■
參 考 文 獻
[1] 王迎旭.單片機原理與應用.北京：機械工業出版社，2004.7
[2]鄭峰.51單片機應用系統典型模塊開發大全.北京：中國鐵道出版社，2010.1
作者簡介：
蔣校輝（1974-），男，湖南邵陽人，湖南工程學院實驗師，工程碩士 主要從事工程實踐教學及機械方面的研究。
李建明（1963-），男，湖南湘潭人，湖南工程學院教授（中心主任），學士，主要從事機械及電器方面的研究。
劉君 湖南工程學院電氣0804學生
湯仁 湖南工程學院材料0805學生
