基于GSM网络的家居自动监测控制系统的设计与实现

摘要：结合当下“物联网”的概念，以应用创新作为核心，目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，基于GSM网络的家居自动监测控制系统正是其中发展的重点。本次设计中采用了多路传感器，包括温湿度、可燃性气体、红外热释电等，它们可以对本地的多个指标进行测试。对于GSM网络的远程控制功能是可以在发生异常的时候及时通知远程用户，采用的方式为短息形式。远程用户也可以使用编写特定的短息指令对本地的多路开关实施控制，无线控制还包括采用手持遥控器完成。

关键词： 监控；传感器；GSM通讯；远程控制；单片机；无线

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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蜂窝无线电通信系统

GSM（global system for mobile communications）由欧洲电信标准化协会提出，后来成为全球性标准的蜂窝无线电通信系统。是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准。单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。将两者结合到一起是本设计的特点和核心所在。也体现了智能家居控制的引子。利用单片机作为微小计算机系统搭配各种传感器模块，控制和检测对本地数据的处理。并且对本地需要自动控制的动作进行实时响应。本课题主要采用GSM网络短信模式与单片机结合的控制系统设计，采用多个传感器监测本地所需要检测的对象，主控制系统对获得的数据进行预告和处理并且对异常的数据采用GSM网络发送到指定的用户手机，最后本地做出警报动作。GSM模块也被配置为可以接收数据，结合单片机的控制可以做到远程控制本地设备的功能。

2 系统总体设计

基于GSM网络的数据传输，简单的说就是当本地的单片机对采样传感器的数据进行判断处理，当数据出现了超出阀值或出现了异常，那么单片机将触发GSM模块发送警报模块和发送异常短信。这样作为远程的用户来说就可以实时知道本地的一些情况了。

家庭的无线控制功能，也就是一个基于无线射频传输的控制端的技术，遥控器上的编码组合，将促使被控制端的开启和关闭，做到方便的开关。此部分控制还将会兼顾GSM模块的控制，用户也可以在远程通过发送短信来控制本地的一些开关的开启和关闭工作。

语音录放是一个对语音数据的存放和播放的过程。还将包括系统板子的启动的语音播放等操作。对于语音录放功能可以提供给用户一个简单的家庭留言功能。

串口通信包含2个串行接口，串口一将可以通过PC软件直接控制TC35模块包括收发短信、拨打和接听电话等。串口二主要作为PC端对单片机的控制，包括程序更新下载，单片机指令发送的监控，数据的反馈、单片机控制GSM模块的切换等等。

3 系统流程图

该系统的基本流程为：控制板上电启动，然后对输入的电压+12V进行变压处理得到各部分所需的供电要求。然后各分模块启动，包括本地传感器检测模块启动、TC35通讯模块启动、无线控制端模块启动、录放音模块启动以及系统电源的自检部分，如图1所示。

图1 系统设计框架图

4 基于GSM网络的家居自动监测控制系统的设计与实现

完成本设计主要采用软硬件结合调试代码的方法。首先细分控制板上的各模块、模块的功能说明、模块与模块之间的结合、主控芯片对其控制方式。

4.1 设计框架

系统的主要由有2块STC89C52RC组成的主控系统，对整个接收控制部分进行数据处理、信号控制。协调2块MCU的控制信号是本系统在联调阶段的重点所在。系统预期设计为上电自动检测各个模块的初始化情况，并且系统必须满足DC+12V、DC+5V、DC+3.3V、DC+3V、DC+4.2V的电压正常，才可以使得模块正常工作。

4.2 分部模块框架说明

信息显示主要计划采用LCD12864作为系统的信息、数据的显示界面模块。12864显示是5V电压驱动，带背光、内置8192个16*16点阵、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示RAM（GDRAM）可以同MCU接口进行并行和串行两种控制方式。

GSM模块主要采用TC35，其模块是德国SIEMENS（西门子）公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。可以通过它对控制板无线接收并且预处理好的异常数据进行向固定手机发送短信报警。并且也可以利用短信编码的方式让其接收到数据然后控制控制板上继电器的开断。

无线多地址数据接收主要采用NRF24L01模块，此无线数传模块可以传送任意格式的数据编码，它是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段，内置频率合成器，功率放大器，晶体振荡器，调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。使用方便，代码配置简单，可以实现50米范围内数据的传送。

语音模式主要采用ISD4004存储芯片，作为语音信号的存储器件，ISD4004系列工作电压3V，单片录放时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。主要采用其目的是实现家庭录音的功能。

串口模式主要实现与PC主机的通讯，包括数据的记录、串口中断的控制、上位机软件对系统板的管理、软件调试串口数据发送等功能。门禁接口是对课程设计门禁系统控制板的一个接口，接收板可以通过此接口管理门禁系统控制板。

继电器无线控制端主要利用继电器的特点，一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。模块以此来完成各个其他接口部分的控制。

预留接口模块是本次设计的待定模块，为其预留了接口主要是以后实现FM调频模式和MP3播放音乐的模式，实现一个家庭娱乐功能。

5 总结

当下社会中一个新兴名词“物联网”正悄悄的引起人们的注意，并且慢慢的影响着我们的生活。所谓“物联网”（The Internet of things）简单的说就是“物物相连的互联网”。专业角度其中包含着两层意思，第一，物联网的本质还是互联网，依然以互联网作为数据承载的核心。第二，它是互联网的延伸，不在是单纯的面向用户的服务，而是扩展到了物品与物品、物品与人类的信息交互或通讯。也就是说未来网络不在是单纯的提供用户的上网服务或者是现在基本的语音或数字信号的传输，反而网络将作为一个多用途的复用网络。在此基础上面既提供了用户平时的所有网络服务，也将提供按照不同协议连接在上面的任何物品与物品、物品与用户进行信息交换和通信等服务。

所以基于一些本地控制、监控设备、移动技术、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测等应用将逐步在我们身边应用和普及。希望上述的设计将是一个开始，在未来的中“智慧地球”的概念可以得到我们越来越多人的认识和理解，并且可以有更多的人在这方面做出努力。

参考文献：

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