摘要：結(jié)合當(dāng)下“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，以應(yīng)用創(chuàng)新作為核心，目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制，基于GSM網(wǎng)絡(luò)的家居自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)正是其中發(fā)展的重點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)中采用了多路傳感器，包括溫濕度、可燃性氣體、紅外熱釋電等，它們可以對(duì)本地的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制功能是可以在發(fā)生異常的時(shí)候及時(shí)通知遠(yuǎn)程用戶，采用的方式為短息形式。遠(yuǎn)程用戶也可以使用編寫特定的短息指令對(duì)本地的多路開關(guān)實(shí)施控制，無線控制還包括采用手持遙控器完成。

關(guān)鍵詞： 監(jiān)控；傳感器；GSM通訊；遠(yuǎn)程控制；單片機(jī)；無線

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）04-0749-02

Design and Implementation of Home Automatic Monitoring and Control System Based on GSM Network

YIN Mei-lin， ZHOU Yi-min

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science & Technology， Shanghai 201815， China）

Abstract： Combined with the current concept of the "Internet of Things"， the application of innovation as a core aim is to achieve things and things， things and people， and all items connected to the network to facilitate the identification， management and control， home automation based on GSM network monitoring control systemis one of the focus of development.This system uses multiple sensors. Such as the temperature and humidity sensor， the flammable gas sensor， the infrared sensor. This device will test multiple indicators of local. The GMS network is a remote control function. When the abnormal data to be detected， it will notice the remote users at once. The communication mode will use the short message. The remote user also can send the specific short-interest-instruction to the device. It can control multi-channel switch on the local device. Wireless control also includes a handheld remote control to complete.

Key words： monitor； sensor； the communication of GSM remote control； single chip microcomputer； wireless

1 GSM蜂窩無線電通信系統(tǒng)

GSM（global system for mobile communications）由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)提出，后來成為全球性標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩無線電通信系統(tǒng)。是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。將兩者結(jié)合到一起是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和核心所在。也體現(xiàn)了智能家居控制的引子。利用單片機(jī)作為微小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搭配各種傳感器模塊，控制和檢測(cè)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)的處理。并且對(duì)本地需要自動(dòng)控制的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。本課題主要采用GSM網(wǎng)絡(luò)短信模式與單片機(jī)結(jié)合的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用多個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)本地所需要檢測(cè)的對(duì)象，主控制系統(tǒng)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)告和處理并且對(duì)異常的數(shù)據(jù)采用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到指定的用戶手機(jī)，最后本地做出警報(bào)動(dòng)作。GSM模塊也被配置為可以接收數(shù)據(jù)，結(jié)合單片機(jī)的控制可以做到遠(yuǎn)程控制本地設(shè)備的功能。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)單的說就是當(dāng)本地的單片機(jī)對(duì)采樣傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了超出閥值或出現(xiàn)了異常，那么單片機(jī)將觸發(fā)GSM模塊發(fā)送警報(bào)模塊和發(fā)送異常短信。這樣作為遠(yuǎn)程的用戶來說就可以實(shí)時(shí)知道本地的一些情況了。

家庭的無線控制功能，也就是一個(gè)基于無線射頻傳輸?shù)目刂贫说募夹g(shù)，遙控器上的編碼組合，將促使被控制端的開啟和關(guān)閉，做到方便的開關(guān)。此部分控制還將會(huì)兼顧GSM模塊的控制，用戶也可以在遠(yuǎn)程通過發(fā)送短信來控制本地的一些開關(guān)的開啟和關(guān)閉工作。

語(yǔ)音錄放是一個(gè)對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的存放和播放的過程。還將包括系統(tǒng)板子的啟動(dòng)的語(yǔ)音播放等操作。對(duì)于語(yǔ)音錄放功能可以提供給用戶一個(gè)簡(jiǎn)單的家庭留言功能。

串口通信包含2個(gè)串行接口，串口一將可以通過PC軟件直接控制TC35模塊包括收發(fā)短信、撥打和接聽電話等。串口二主要作為PC端對(duì)單片機(jī)的控制，包括程序更新下載，單片機(jī)指令發(fā)送的監(jiān)控，數(shù)據(jù)的反饋、單片機(jī)控制GSM模塊的切換等等。

3 系統(tǒng)流程圖

該系統(tǒng)的基本流程為：控制板上電啟動(dòng)，然后對(duì)輸入的電壓+12V進(jìn)行變壓處理得到各部分所需的供電要求。然后各分模塊啟動(dòng)，包括本地傳感器檢測(cè)模塊啟動(dòng)、TC35通訊模塊啟動(dòng)、無線控制端模塊啟動(dòng)、錄放音模塊啟動(dòng)以及系統(tǒng)電源的自檢部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖

4 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的家居自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

完成本設(shè)計(jì)主要采用軟硬件結(jié)合調(diào)試代碼的方法。首先細(xì)分控制板上的各模塊、模塊的功能說明、模塊與模塊之間的結(jié)合、主控芯片對(duì)其控制方式。

4.1 設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)的主要由有2塊STC89C52RC組成的主控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)接收控制部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信號(hào)控制。協(xié)調(diào)2塊MCU的控制信號(hào)是本系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)階段的重點(diǎn)所在。系統(tǒng)預(yù)期設(shè)計(jì)為上電自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)模塊的初始化情況，并且系統(tǒng)必須滿足DC+12V、DC+5V、DC+3.3V、DC+3V、DC+4.2V的電壓正常，才可以使得模塊正常工作。

4.2 分部模塊框架說明

信息顯示主要計(jì)劃采用LCD12864作為系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù)的顯示界面模塊。12864顯示是5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光、內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)陣、128個(gè)字符（8*16點(diǎn)陣）及64*256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）可以同MCU接口進(jìn)行并行和串行兩種控制方式。

GSM模塊主要采用TC35，其模塊是德國(guó)SIEMENS（西門子）公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊?？梢酝ㄟ^它對(duì)控制板無線接收并且預(yù)處理好的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行向固定手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警。并且也可以利用短信編碼的方式讓其接收到數(shù)據(jù)然后控制控制板上繼電器的開斷。

無線多地址數(shù)據(jù)接收主要采用NRF24L01模塊，此無線數(shù)傳模塊可以傳送任意格式的數(shù)據(jù)編碼，它是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段，內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。使用方便，代碼配置簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)50米范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送。

語(yǔ)音模式主要采用ISD4004存儲(chǔ)芯片，作為語(yǔ)音信號(hào)的存儲(chǔ)器件，ISD4004系列工作電壓3V，單片錄放時(shí)間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。主要采用其目的是實(shí)現(xiàn)家庭錄音的功能。

串口模式主要實(shí)現(xiàn)與PC主機(jī)的通訊，包括數(shù)據(jù)的記錄、串口中斷的控制、上位機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)板的管理、軟件調(diào)試串口數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。門禁接口是對(duì)課程設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)控制板的一個(gè)接口，接收板可以通過此接口管理門禁系統(tǒng)控制板。

繼電器無線控制端主要利用繼電器的特點(diǎn)，一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。模塊以此來完成各個(gè)其他接口部分的控制。

預(yù)留接口模塊是本次設(shè)計(jì)的待定模塊，為其預(yù)留了接口主要是以后實(shí)現(xiàn)FM調(diào)頻模式和MP3播放音樂的模式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)家庭娛樂功能。

5 總結(jié)

當(dāng)下社會(huì)中一個(gè)新興名詞“物聯(lián)網(wǎng)”正悄悄的引起人們的注意，并且慢慢的影響著我們的生活。所謂“物聯(lián)網(wǎng)”（The Internet of things）簡(jiǎn)單的說就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。專業(yè)角度其中包含著兩層意思，第一，物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)還是互聯(lián)網(wǎng)，依然以互聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)承載的核心。第二，它是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，不在是單純的面向用戶的服務(wù)，而是擴(kuò)展到了物品與物品、物品與人類的信息交互或通訊。也就是說未來網(wǎng)絡(luò)不在是單純的提供用戶的上網(wǎng)服務(wù)或者是現(xiàn)在基本的語(yǔ)音或數(shù)字信號(hào)的傳輸，反而網(wǎng)絡(luò)將作為一個(gè)多用途的復(fù)用網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上面既提供了用戶平時(shí)的所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也將提供按照不同協(xié)議連接在上面的任何物品與物品、物品與用戶進(jìn)行信息交換和通信等服務(wù)。

所以基于一些本地控制、監(jiān)控設(shè)備、移動(dòng)技術(shù)、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用將逐步在我們身邊應(yīng)用和普及。希望上述的設(shè)計(jì)將是一個(gè)開始，在未來的中“智慧地球”的概念可以得到我們?cè)絹碓蕉嗳说恼J(rèn)識(shí)和理解，并且可以有更多的人在這方面做出努力。

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