劉鑫玙 羅 通 王籃儀

（三亞學(xué)院，海南 三亞572022）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的追求越來(lái)越高，在人們快節(jié)奏工作和學(xué)習(xí)的同時(shí)，迫切希望在家中有一個(gè)靈活自如，能為人們提供方便的生活環(huán)境。目前人們的家居生活中大多還是使用鑰匙作為防盜工具，然而還是無(wú)法完全保證家居的安全，而且當(dāng)今市場(chǎng)上有各種各樣的家用電器，人們生活中使用了大量家用電器，但是這些家用電器需要由人們自己控制，雖然部分產(chǎn)品有定時(shí)功能，但是產(chǎn)品功能還是有限且不靈活。 隨著移動(dòng)終端即手機(jī)的不斷普及，擴(kuò)展其應(yīng)用將具有廣泛的配備基礎(chǔ)和市場(chǎng)前景，因此使用現(xiàn)有的通信線路來(lái)控制家庭中的設(shè)備或電器已成為未來(lái)的家居智能化的發(fā)展趨勢(shì)。使用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制不需要特殊的布線，不占用無(wú)線電頻率資源，不受距離和環(huán)境的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)跨省、市甚至國(guó)家的進(jìn)行手機(jī)遠(yuǎn)程控制。所以設(shè)計(jì)一種從門(mén)禁安全到家電使用安全的家居安全控制系統(tǒng)，必然給人們的生活帶來(lái)諸多方便，而這種利用射頻模塊以及手機(jī)進(jìn)行對(duì)家居安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)可以稱(chēng)為：智能家居。

1 系統(tǒng)模塊分析

系統(tǒng)以單片機(jī)STM32 為核心處理單元，使用GSM模塊通過(guò)信息的傳輸與接收的方式對(duì)家電安全進(jìn)行控制，使用RFID 射頻模塊進(jìn)行門(mén)禁系統(tǒng)控制，只有擁有射頻卡的人才可以刷卡入內(nèi)，且使用RFID 射頻模塊對(duì)家電開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，在這些設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加功能使用紅外傳感器對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)安全加一道安全防護(hù)系統(tǒng)，使家居安全得到更大的保障。

1.1 STM32 單元

STM32 單片機(jī)是以ARM Cortex M 處理器內(nèi)核為基礎(chǔ)的32 位閃存微控制器，為微控制單元用戶提供了一個(gè)全新的自由開(kāi)發(fā)空間，并提供了各種軟硬件輔助工具，使用戶能輕易上手。STM32 單片機(jī)不僅融合了實(shí)時(shí)性、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗、低電壓等一些對(duì)用戶有實(shí)質(zhì)性效果的高效性能，而且也保持了高集成度和開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易的特點(diǎn)，甚至在基于國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的條件下?lián)碛凶顝?qiáng)大的產(chǎn)品支持，外加有大量的軟硬件開(kāi)發(fā)輔助工具供用戶選擇，讓STM32 單片機(jī)逐漸成為各類(lèi)項(xiàng)目和平臺(tái)完美解決方案的最佳選擇。STM32 單片機(jī)擁有相當(dāng)廣泛的產(chǎn)品線，分別包含了以ARM Cortex -M0、M0+、M3、M4 及M7 內(nèi)核為基礎(chǔ)并具備非常豐富輔助工具的多種32 位單片機(jī)。以目前市場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，STM32 單片機(jī)提供的9 大產(chǎn)品線分別為F0、F1、F2、F3、F4、F7、H7、L0、L1 和L4 系列產(chǎn)品線，更擁有超過(guò)700 個(gè)型號(hào)以供不同用戶的選擇，這些單片機(jī)外帶豐富多樣和功能靈活的輔助工具，并實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)品系列上的引腳兼容，為廣大單片機(jī)使用人員提供了更多的選擇性以及其創(chuàng)造力自由度釋放的相關(guān)幫助。STM32 單片機(jī)是一系列的產(chǎn)品，為ARMARM微控制器產(chǎn)品，就當(dāng)前而言，可以將該系列進(jìn)一步劃分為幾個(gè)子系列，具體如下：（1）小容量產(chǎn)品，這類(lèi)產(chǎn)品具有的閃存存儲(chǔ)器容量是比較小的，范圍為16284～32768 個(gè)字節(jié)；（2）中容量產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)容量范圍為65536～131072 個(gè)字節(jié)；（3） 小 容 量產(chǎn)品，具有262144～524288 個(gè)字節(jié)范圍內(nèi)的存儲(chǔ)容量；（4）以及還有互聯(lián)型產(chǎn)品。

1.2 GSM模塊

GSM 是Global System for Mobile Communications 的 縮 寫(xiě)，意為環(huán)球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，是世界上重要的蜂窩系統(tǒng)之一。移動(dòng)通信是實(shí)現(xiàn)通信終端的目標(biāo)的有效手段，并且移動(dòng)通信在商業(yè)市場(chǎng)中的巨大潛力也日益得到認(rèn)可。其發(fā)展主要為以下四個(gè)階段：（1）第一階段是從20 年代到40 年代，這個(gè)階段為移動(dòng)通信發(fā)展的早期階段；（2）從40 年代中期到60 年代初期，公共移動(dòng)通信技術(shù)得到了顯著發(fā)展，相關(guān)行業(yè)迅速成長(zhǎng)；（3）第三階段，從60 年代中期到70 年代中期，西方研究人員開(kāi)始了開(kāi)發(fā)手機(jī)系統(tǒng)和移動(dòng)通信之路；（4）第四階段是從20 世紀(jì)至今，70 年代中期至80 年代中期第一代蜂窩移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)，到20 世紀(jì)末，2G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善，市場(chǎng)也得到了廣泛的應(yīng)用，人們深刻感受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變革帶來(lái)的便捷，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)也變得更加快速，自2000 年左右開(kāi)始，在對(duì)3G 移動(dòng)通信和2.5G 產(chǎn)品GPRS 系統(tǒng)的過(guò)渡進(jìn)行了廣泛探討后，3G 走到了通信階段的最前沿。2013 年6 月韓國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商SK 全球率先推出了LTE-A網(wǎng)絡(luò)，宣告4G 商用網(wǎng)絡(luò)正式進(jìn)入移動(dòng)通信市場(chǎng)。GSM模塊仍然在廣泛的工業(yè)應(yīng)用中使用，由于工作年限和環(huán)境要求，GSM模塊可以在各行各業(yè)中看到，隨著GSM的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善，GSM模塊的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。例如，在車(chē)載監(jiān)視領(lǐng)域，可以將GSM模塊配置到汽車(chē)的GPS 控制系統(tǒng)，從而獲得了工業(yè)應(yīng)用，并為民生提供了便利，受到廣泛地歡迎；在測(cè)繪行業(yè)中，已經(jīng)安裝了許多遠(yuǎn)程地圖站點(diǎn)的GSM模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)需人工收集數(shù)據(jù)；還可以把GSM模塊配置到供水系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)等，從而能夠遠(yuǎn)程獲取表儀的讀數(shù)，減少了勞動(dòng)力，提高了工作效率[2]，實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶的電量和用水量；在家中，可以安裝無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)，一旦火災(zāi)發(fā)生或盜竊，可以立即通知業(yè)主和報(bào)警；在國(guó)外，許多老年兒童隨身攜帶個(gè)人追蹤裝置，以防止老人和兒童發(fā)生不幸或意外，也包括GSM模塊。目前，GSM系統(tǒng)是基于時(shí)分多址接入技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)。

1.3 RFID 射頻模塊

RFID 技術(shù)的基本工作原理是標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。非接觸式識(shí)別是射頻系統(tǒng)中最是優(yōu)點(diǎn)的地方，冰、雪、霧、涂料或者是條形碼沒(méi)有用的情況下射頻識(shí)別系統(tǒng)都能穿透這些障礙來(lái)進(jìn)行閱讀，而且閱讀的速度十分的快，很多情況下用不到100 秒的時(shí)間就能夠完成閱讀[1]。不僅如此因?yàn)镽FID 承載的是電子信息，所有的內(nèi)容數(shù)據(jù)都能設(shè)密碼保護(hù)使內(nèi)容不會(huì)輕易的被偽造作假。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)采用非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來(lái)進(jìn)行身份確認(rèn)。在過(guò)去幾十年間RFID 技術(shù)在理論和應(yīng)用領(lǐng)域都取得了巨大的進(jìn)步。目前射頻技術(shù)在交通，學(xué)校等民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。交通領(lǐng)域典型代表就是公交卡，地鐵卡的使用。

1.4 紅外模塊

一般的紅外系統(tǒng)通常由兩大模塊構(gòu)成：一是發(fā)射模塊，二是接收模塊。其中人們往往選擇紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線，需要注意一點(diǎn)，此裝置并非一般的發(fā)光二極管，相反它極具特別性，因此在對(duì)其兩端施予電壓時(shí)，向外發(fā)出的光并不是可見(jiàn)光，而是紅外線[3]。紅外遙控不會(huì)輕易收到外界物理?xiàng)l件的影響，而且光傳播速度快，控制靈敏，發(fā)出不同頻率的紅外線就可以傳輸不同的信號(hào)。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。紅外模塊的測(cè)量是依據(jù)于其物理性，紅外線也叫紅外光，其具有反射、折射、散射以及干涉和吸收等特征。只要物質(zhì)具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），任何物質(zhì)都可以發(fā)射紅外輻射。紅外傳感器在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)直接與被測(cè)物體接觸，因此沒(méi)有摩擦，并且具有高靈敏度和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

2 結(jié)論

設(shè)計(jì)借助于GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和單片機(jī)的控制功能，這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)順利地實(shí)現(xiàn)了使用單片機(jī)STM32 和GSM通信兩大模塊相結(jié)合、GSM進(jìn)行通信傳輸控制家電、RFID 射頻識(shí)別進(jìn)行門(mén)禁安全控制的設(shè)計(jì)功能。GSM模塊和控制電路集成在同一電路板，從而節(jié)省了成本，而且提高了系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性，不僅可用于住宅，也可用于倉(cāng)庫(kù)、工廠、花卉大棚和其他地方的遠(yuǎn)程控制，具有操作簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，并且適用范圍廣、安全可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。