2）固態繼電器控制電路
該接口電路單元主要用于控制電器設備。固態繼電器與電磁繼電器相比，具有工作可靠、壽命長、無火花、抗干擾能力強、開關速度快、能與集成電路兼容等優點。由于考慮到單片機的驅動能力較小，所以在設計繼電器控制電路時，運用了一個三極管設計驅動電路。在控制電路中，輸出的開關量信號一般都需要鎖存，以便于使受控設備在下一次輸出的開關量到來之前，一直收到本次開關量的控制，所以控制繼電器用P1.0口。
3）GSM模塊電路
該接口電路主要用于借助GSM網絡和手機通訊。GSM模塊與單片機的串行數據接口相連接，通過串行口給模塊發送AT命令。
4）CC1100電路
該接口電路用于主控模塊和終端模塊之間的短距離無線通訊，從而不用改變任何家電的使用情況。CC1100的主要引腳與單片機的連接關系是：SCLK和P1.1連接，SI和P1.2連接，SO和P1.3連接。
5）AT24C02接口電路
AT24C02主要用于保存模塊的配置信息。它通過SDA（串行數據線）及SCL（串行時鐘線）兩根線分別與單片機的P3.5和P3.6相連，并分別接上4.7k的上拉電阻。
5 系統的軟件設計
該系統的軟件設計運用Keil C51開發工具，并運用uCOS嵌入式實時操作系統，從而使得代碼模塊化，使得代碼的復用性得到增強。該系統設計到的操作系統任務主要有：DoCommandTask（處理命令的任務），SMRecvSndTask（短信息的收發任務），CC1100Task（無線通訊任務），MainTask（主任務）。
DoCommandTask 主要處理無線通訊緩沖區中收到的數據，把數據解析成對應的地址，操作碼，控制類型等。并根據這些信息進行電器的控制、地址的保存、返回信息源請求的數據等。
SMRecvSndTask 主要是主控模塊用于接收和發送短信息的任務。該任務收到短信息并解析短信息的數據，把解析完的內容放入無線通訊的命令發送緩沖區或根據用戶的短消息控制命令采取相應的動作，如：請求某個終端的狀態，那么主控模塊向對應終端發送請求狀態的命令，終端返回狀態后，主控模塊就把狀態通過短信的方式發送給用戶手機。
CC1100Task 無線通訊任務。主要用于接收和發送短距離無線通訊數據，并把接收的數據放入接收緩沖區中以便于DoCommandTask任務處理。
MainTask 主任務。用于初始化外圍設備和啟動其它任務，如：GSM模塊、CC1100和AD芯片等。
該系統的軟件設計使用嵌入式實時操作系統使得系統的運行效率提高，由于任務的運行是并行的，從而大大簡化了程序設計。如果不使用操作系統，往往需要使用全局結構變量分階段運行程序片段，這將增加程序設計的復雜度。
6 結論
根據上述的步驟設計的智能家居控制系統在實際應用中取得了較好的效果，特別是澆花模塊的智能性體現得較好，設置自動澆花后，系統會根據用戶事先設置的土壤濕度情況進行自動澆花，澆花的相關信息也能根據用戶的設置發送或不發送短信息到用戶的手機。該系統的不足之處是電器的控制不夠徹底，因為不能獲得各種電器的具體狀態，如空調設置的溫度、電磁爐現在的溫度，不過只要根據具體的電器進行有針對性的設計終端模塊也能得到部分解決。
本文的創新點如下：
1）智能自適應澆花模塊，該模塊能夠根據其它模塊的設置自動調節自己的參數。
2）高安全的無線通訊，CC1100通訊安全性較高，在此基礎上又對數據包進行了加密。
參考文獻:
[1] 楊金巖，鄭應強，張振仁.8051單片機數據傳輸接口擴展技術與應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2005.
[2] 王幸之，王雷，鐘愛琴，王閃.單片機應用系統電磁干擾與抗干擾技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[3] 李文仲，段朝玉. 短距離無線數據通信入門與實戰[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[4] 馬學文，朱名日. X-10在智能家居應用中干擾問題的研究[J].電子器件，2004(2)，261-263.
摘要：本文是在充分研究了CC1100無線通訊、MC55的AT命令和AT89S52單片機的前提下，運用數字電路設計、uCOS、控制理論等相關知識，提出了一個能在實際的家居中對家電進行遠程控制的一種解決方案。該方案通過GSM網絡發送控制命令到主控模塊，主控模塊收到命令后進行相應的處理并發送到對應的終端模塊，終端模塊進行電器的控制。本文給出了該方案的實現方法。
關鍵詞：智能家居；CC1100；GSM網絡；uCOS
中圖分類號：TN915.5文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2092-02
A Kind of Intelligent Home Controlling System Based on CC1100 and GSM
LI Hai-rong1, FANG Zhong-chun1,2
(1.Practice and Training Center, Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010, China；2.School of Information Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Through deeply research and analysis of CC1100 wireless communication,, AT commands of MC55 and AT89S52 , a new concept called DIDBS (Distributed Intelligent Database System) is put forward, which is used for realizing man-man, man-computer, computer-computer coordinated operation in man-computer society. Then its conceptual model and systemic architecture are expatiated on. Based on this, this paper not only studies coordinated mechanism and its implementation model of DIDBS but also puts forward coordinated strategies.
Key words:intelligent home;CC1100;GSM;UCOS
1 引言
隨著電信和互聯網新技術的發展，數字化家居控制系統的出現使得人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器或設備（電視、電飯煲、電磁爐、熱水器、電燈、音響、ＤＶＤ錄像機、窗戶窗簾等）進行遠程控制，如：可以通過手機短信發送命令提前打開空調，開啟電飯煲煮米飯等，從而極大地方便了人們的生活。本文設計的系統應用短距離無線通訊技術，使得在不改變家中任何家電的使用情況（如：線路布局等）
下，能夠對電器或設備進行遠程控制，自由增加和取消終端控制模塊。
2 系統的總體結構
該系統主要由主控模塊和終端控制模塊兩部分組成，這兩種模塊使用的控制芯片是AT89S52單片機。
2.1 主控模塊
主控模塊是該控制系統的核心部分，它負責接收用戶通過手機發送的命令并把命令發送給對應的終端控制模塊，其結構如圖1所示。
MC55是GSM模塊，負責接收用戶通過手機發送的命令；功能鍵主要進行模塊功能設置，如：啟用和停用某個終端模塊的控制、設置短信控制命令的格式等；CC1100用于家中的主控模塊和終端模塊的短距離無線通訊；AT24C02是使用I2C總線通訊訪問的EEPROM，用于保存用戶的設置信息。
2.2 終端控制模塊
終端控制模塊主要用于控制各個電器的開關以及獲取控制對象的狀態（如通過土壤濕度傳感器獲取花盆中土壤的濕度，以便決定是否澆水），其用法簡單，只需通過該模塊轉接用電器的電源即可，終端控制模塊結構如圖2所示。
土壤濕度傳感器用于智能澆花模塊中探測土壤的濕度以便提示用戶澆水或自動澆水；繼電器用于控制用電器的供電系統；CC1100用于與主控模塊通訊；AT24C02用于保存用戶對終端控制模塊的設置，如：模塊的地址、是否自動澆花以及某些控制對象的伐值，以便智能地控制對象；功能鍵用于對終端模塊進行設置。
3 系統的工作過程
該系統的使用比較簡單，其正常工作過程如下：
1）該系統工作時，首先應該啟動主控模塊，這時主控模塊就會等待終端模塊注冊。通過終端模塊的注冊主控模塊才知道終端控制模塊的地址（設備ID，用于唯一標志終端模塊），終端模塊的地址獲取的方法是：
a. 用戶通過功能鍵設置
用戶通過功能鍵設置地址時，該模塊會重新用新地址注冊，主控模塊會檢查新地址是否被其它終端模塊占用，如果地址被其它終端模塊占用那么注冊失敗，主控模塊給終端模塊發送失敗的錯誤代碼標志地址占用，終端模塊提示用戶更換地址或保持不便；如果地址沒有被其它終端模塊占用，那么注冊成功，主控模塊給終端模塊發送注冊成功，然后主控模塊刪除原來該終端模塊注冊的地址，終端模塊把新地址保存于EEPROM中。
b. 主控模塊自動分配
如果用戶通過功能鍵選擇自動分配終端模塊地址，那么主控模塊就會從1到254中找到一個沒有被其它終端模塊使用的地址并發送給該終端模塊。
為了使用方便，終端模塊在首次啟動時是處于自動獲取設備地址的方式，終端模塊在沒有分配到實際地址時，它用地址為0和主控模塊進行通訊，用過0地址通訊就能為終端設置一個非0的有效地址。考慮到系統的穩定性，終端模塊在注冊時都會檢測系統中是否存在地址沖突，如果有，那么提示用戶設置地址，如果在1分鐘沒有設置地址主控模塊會給終端分配一個有效地址。終端模塊上都有一個4位的8段數碼管可以顯示設備地址、進行功能設置時顯示功能號以及終端出錯時顯示錯誤號。
2）當終端模塊在主控模塊上注冊后，用戶就可以通過手機短信發送控制命令控制終端模塊，從而控制終端模塊操作的電器設備。
4 系統的硬件構成
系統主要由單片機AT89S52、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路（控制具體的電器設備）、GSM模塊（MC55）電路、CC1100接口電路、AT24C02接口電路組成。
1）傳感器單元電路
該系統使用的傳感器是DX-S2型土壤水分傳感器，它是根據頻域反射儀（FDR）原理研制的高精度土壤水分測量儀器。FDR原理是國際上土壤濕度采集所采用的最成熟實用技術之一，也是國家土壤墑情監測規范認可的土壤含水率監測技術，它通過測出被測土壤的介電常數，并根據土壤容積含水率與土壤介電常數之間的非線性關系推導出土壤的容積含水率和重量含水率。其精度誤差不超過2%，工作電壓4.5~5.5V直流電，輸出0~2.5V模擬信號。系統中使用了一個8位的AD芯片用于采集傳感器的輸出電壓，數據直接從P0口讀取，從而得知土壤的濕度以便于決定是否給花澆水。該電路單元是可拆卸的，因為在該系統的終端模塊中只有澆花模塊才使用。
該接口電路單元主要用于控制電器設備。固態繼電器與電磁繼電器相比，具有工作可靠、壽命長、無火花、抗干擾能力強、開關速度快、能與集成電路兼容等優點。由于考慮到單片機的驅動能力較小，所以在設計繼電器控制電路時，運用了一個三極管設計驅動電路。在控制電路中，輸出的開關量信號一般都需要鎖存，以便于使受控設備在下一次輸出的開關量到來之前，一直收到本次開關量的控制，所以控制繼電器用P1.0口。
3）GSM模塊電路
該接口電路主要用于借助GSM網絡和手機通訊。GSM模塊與單片機的串行數據接口相連接，通過串行口給模塊發送AT命令。
4）CC1100電路
該接口電路用于主控模塊和終端模塊之間的短距離無線通訊，從而不用改變任何家電的使用情況。CC1100的主要引腳與單片機的連接關系是：SCLK和P1.1連接，SI和P1.2連接，SO和P1.3連接。
5）AT24C02接口電路
AT24C02主要用于保存模塊的配置信息。它通過SDA（串行數據線）及SCL（串行時鐘線）兩根線分別與單片機的P3.5和P3.6相連，并分別接上4.7k的上拉電阻。
5 系統的軟件設計
該系統的軟件設計運用Keil C51開發工具，并運用uCOS嵌入式實時操作系統，從而使得代碼模塊化，使得代碼的復用性得到增強。該系統設計到的操作系統任務主要有：DoCommandTask（處理命令的任務），SMRecvSndTask（短信息的收發任務），CC1100Task（無線通訊任務），MainTask（主任務）。
DoCommandTask 主要處理無線通訊緩沖區中收到的數據，把數據解析成對應的地址，操作碼，控制類型等。并根據這些信息進行電器的控制、地址的保存、返回信息源請求的數據等。
SMRecvSndTask 主要是主控模塊用于接收和發送短信息的任務。該任務收到短信息并解析短信息的數據，把解析完的內容放入無線通訊的命令發送緩沖區或根據用戶的短消息控制命令采取相應的動作，如：請求某個終端的狀態，那么主控模塊向對應終端發送請求狀態的命令，終端返回狀態后，主控模塊就把狀態通過短信的方式發送給用戶手機。
CC1100Task 無線通訊任務。主要用于接收和發送短距離無線通訊數據，并把接收的數據放入接收緩沖區中以便于DoCommandTask任務處理。
MainTask 主任務。用于初始化外圍設備和啟動其它任務，如：GSM模塊、CC1100和AD芯片等。
該系統的軟件設計使用嵌入式實時操作系統使得系統的運行效率提高，由于任務的運行是并行的，從而大大簡化了程序設計。如果不使用操作系統，往往需要使用全局結構變量分階段運行程序片段，這將增加程序設計的復雜度。
6 結論
根據上述的步驟設計的智能家居控制系統在實際應用中取得了較好的效果，特別是澆花模塊的智能性體現得較好，設置自動澆花后，系統會根據用戶事先設置的土壤濕度情況進行自動澆花，澆花的相關信息也能根據用戶的設置發送或不發送短信息到用戶的手機。該系統的不足之處是電器的控制不夠徹底，因為不能獲得各種電器的具體狀態，如空調設置的溫度、電磁爐現在的溫度，不過只要根據具體的電器進行有針對性的設計終端模塊也能得到部分解決。
本文的創新點如下：
1）智能自適應澆花模塊，該模塊能夠根據其它模塊的設置自動調節自己的參數。
2）高安全的無線通訊，CC1100通訊安全性較高，在此基礎上又對數據包進行了加密。
參考文獻:
[1] 楊金巖，鄭應強，張振仁.8051單片機數據傳輸接口擴展技術與應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2005.
[2] 王幸之，王雷，鐘愛琴，王閃.單片機應用系統電磁干擾與抗干擾技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[3] 李文仲，段朝玉. 短距離無線數據通信入門與實戰[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[4] 馬學文，朱名日. X-10在智能家居應用中干擾問題的研究[J].電子器件，2004(2)，261-263.
摘要：本文是在充分研究了CC1100無線通訊、MC55的AT命令和AT89S52單片機的前提下，運用數字電路設計、uCOS、控制理論等相關知識，提出了一個能在實際的家居中對家電進行遠程控制的一種解決方案。該方案通過GSM網絡發送控制命令到主控模塊，主控模塊收到命令后進行相應的處理并發送到對應的終端模塊，終端模塊進行電器的控制。本文給出了該方案的實現方法。
關鍵詞：智能家居；CC1100；GSM網絡；uCOS
中圖分類號：TN915.5文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2092-02
A Kind of Intelligent Home Controlling System Based on CC1100 and GSM
LI Hai-rong1, FANG Zhong-chun1,2
(1.Practice and Training Center, Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010, China；2.School of Information Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Through deeply research and analysis of CC1100 wireless communication,, AT commands of MC55 and AT89S52 , a new concept called DIDBS (Distributed Intelligent Database System) is put forward, which is used for realizing man-man, man-computer, computer-computer coordinated operation in man-computer society. Then its conceptual model and systemic architecture are expatiated on. Based on this, this paper not only studies coordinated mechanism and its implementation model of DIDBS but also puts forward coordinated strategies.
Key words:intelligent home;CC1100;GSM;UCOS
1 引言
隨著電信和互聯網新技術的發展，數字化家居控制系統的出現使得人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器或設備（電視、電飯煲、電磁爐、熱水器、電燈、音響、ＤＶＤ錄像機、窗戶窗簾等）進行遠程控制，如：可以通過手機短信發送命令提前打開空調，開啟電飯煲煮米飯等，從而極大地方便了人們的生活。本文設計的系統應用短距離無線通訊技術，使得在不改變家中任何家電的使用情況（如：線路布局等）
下，能夠對電器或設備進行遠程控制，自由增加和取消終端控制模塊。
2 系統的總體結構
該系統主要由主控模塊和終端控制模塊兩部分組成，這兩種模塊使用的控制芯片是AT89S52單片機。
2.1 主控模塊
主控模塊是該控制系統的核心部分，它負責接收用戶通過手機發送的命令并把命令發送給對應的終端控制模塊，其結構如圖1所示。
MC55是GSM模塊，負責接收用戶通過手機發送的命令；功能鍵主要進行模塊功能設置，如：啟用和停用某個終端模塊的控制、設置短信控制命令的格式等；CC1100用于家中的主控模塊和終端模塊的短距離無線通訊；AT24C02是使用I2C總線通訊訪問的EEPROM，用于保存用戶的設置信息。
2.2 終端控制模塊
終端控制模塊主要用于控制各個電器的開關以及獲取控制對象的狀態（如通過土壤濕度傳感器獲取花盆中土壤的濕度，以便決定是否澆水），其用法簡單，只需通過該模塊轉接用電器的電源即可，終端控制模塊結構如圖2所示。
土壤濕度傳感器用于智能澆花模塊中探測土壤的濕度以便提示用戶澆水或自動澆水；繼電器用于控制用電器的供電系統；CC1100用于與主控模塊通訊；AT24C02用于保存用戶對終端控制模塊的設置，如：模塊的地址、是否自動澆花以及某些控制對象的伐值，以便智能地控制對象；功能鍵用于對終端模塊進行設置。
3 系統的工作過程
該系統的使用比較簡單，其正常工作過程如下：
1）該系統工作時，首先應該啟動主控模塊，這時主控模塊就會等待終端模塊注冊。通過終端模塊的注冊主控模塊才知道終端控制模塊的地址（設備ID，用于唯一標志終端模塊），終端模塊的地址獲取的方法是：
a. 用戶通過功能鍵設置
用戶通過功能鍵設置地址時，該模塊會重新用新地址注冊，主控模塊會檢查新地址是否被其它終端模塊占用，如果地址被其它終端模塊占用那么注冊失敗，主控模塊給終端模塊發送失敗的錯誤代碼標志地址占用，終端模塊提示用戶更換地址或保持不便；如果地址沒有被其它終端模塊占用，那么注冊成功，主控模塊給終端模塊發送注冊成功，然后主控模塊刪除原來該終端模塊注冊的地址，終端模塊把新地址保存于EEPROM中。
b. 主控模塊自動分配
如果用戶通過功能鍵選擇自動分配終端模塊地址，那么主控模塊就會從1到254中找到一個沒有被其它終端模塊使用的地址并發送給該終端模塊。
為了使用方便，終端模塊在首次啟動時是處于自動獲取設備地址的方式，終端模塊在沒有分配到實際地址時，它用地址為0和主控模塊進行通訊，用過0地址通訊就能為終端設置一個非0的有效地址。考慮到系統的穩定性，終端模塊在注冊時都會檢測系統中是否存在地址沖突，如果有，那么提示用戶設置地址，如果在1分鐘沒有設置地址主控模塊會給終端分配一個有效地址。終端模塊上都有一個4位的8段數碼管可以顯示設備地址、進行功能設置時顯示功能號以及終端出錯時顯示錯誤號。
2）當終端模塊在主控模塊上注冊后，用戶就可以通過手機短信發送控制命令控制終端模塊，從而控制終端模塊操作的電器設備。
4 系統的硬件構成
系統主要由單片機AT89S52、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路（控制具體的電器設備）、GSM模塊（MC55）電路、CC1100接口電路、AT24C02接口電路組成。
1）傳感器單元電路
該系統使用的傳感器是DX-S2型土壤水分傳感器，它是根據頻域反射儀（FDR）原理研制的高精度土壤水分測量儀器。FDR原理是國際上土壤濕度采集所采用的最成熟實用技術之一，也是國家土壤墑情監測規范認可的土壤含水率監測技術，它通過測出被測土壤的介電常數，并根據土壤容積含水率與土壤介電常數之間的非線性關系推導出土壤的容積含水率和重量含水率。其精度誤差不超過2%，工作電壓4.5~5.5V直流電，輸出0~2.5V模擬信號。系統中使用了一個8位的AD芯片用于采集傳感器的輸出電壓，數據直接從P0口讀取，從而得知土壤的濕度以便于決定是否給花澆水。該電路單元是可拆卸的，因為在該系統的終端模塊中只有澆花模塊才使用。
