基于GMS网络智能家居控制系统的设计与实现

李翠凤+叶华杰+翁正国

摘 要：本课题使用单片机STC12C5A60S2为控件核心，GPRS为通信模块，通过TCP/IP协议接入Internet。安卓用户通过软件界面借助Internet网络传输数据到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。非安卓用户可通过短信传递到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。本课题减少了控制器与家电设备之间的布线，通过控制器模块内部引入天线发射信息到无线解码终端，进而来控制家电对象，从而减少了布线，且无线解码终端价格低，降低了工程的成本和人力。

关键词：智能家居；GPRS；AT指令

1 绪论

智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统有机结合在一起。通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全，有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资本。

在我国，已建成的基本覆盖全国的GSM数字蜂窝移动技术信息网，在GSM短信服务的基础上，智能家居控制系统是在移动网络通讯技术的短信应用功能的技术运用，同时也是一种信息在移动网络转寄以及移动的过程。由于GSM网络通讯系统在全国范围实现了联网以及漫游能力，所以它的网络功能很强大，用户无需另外搭建网络，因此，在GSM网络覆盖率达到全国范围的情况下，为客户省下了昂贵的网络搭建费用以及维护网络费用。同时，它对用户数量的限制也十分少，也为客户克服了一般智能家居控制系统，系统成本高，维护艰难，并且网络覆盖范围小以及用户组数量少的缺点。和传统网络智能家居控制系统在网络通信覆盖率上具有较大的优势，加之GSM本身就具有数据的输送功能，这也促成了GSM应用在广大生活中得到迅速普及。GSM网络通信技术的提出大大的提升了智能家居控制系统的完善程度。

2 智能家居系统构成

利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。在此以GSM网络作为数据无线传输网络，它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护及其他无人值守点监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统 、电力系统城市中电网等情况中。在此本系统采用了西门子公司新一代无线通信GSM模块MC55，它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。

本课题设计使用单片机STC12C5A60S2为控件核心，GPRS为通信模块，通过TCP/IP协议接入Internet。安卓用户通过软件界面借助Internet网络传输数据到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。非安卓用户可通过短信传递到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。

本设计主要研究了基于GSM网络通信的智能家居控制系统。功能上实现：

照明控制：对灯光进行开闭和调光控制，可指定任何一个开关的控制对象，并且根据不同的情景，作出相应的调整。

电器控制：智能家居控制系统的电器控制功能，能对家用电器进行全功能的控制或远程控制。窗帘控制，根据光照、时间、室内灯光差等因素自动控制窗帘的开、闭或用遥控手动控制。在任何地方，安卓用户通过软件界面借助Internet网络传输数据到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。非安卓用户通过短信传递到控制器，由无线解码终端解码后实现对家电对象的控制。

安防报警：能对系统网内各电灯、电器的工作状态以及室内温度、湿度、火警、煤气等室内环境进行检测并做出警告，并能根据事先设定的应急处理程序自动做出反应，防止事态的进一步扩大。

3 智能家居硬件组成

智能家居硬件组成主要包括GPRS通信模块、控制模块、交流继电器电路模块、窗帘控制电路模块、烟雾传感器电路模块、外接振荡电路模块、单片机的复位电路模块等。下面简单介绍下主要的几个模块。

GPRS通信模块：GPRS通信模块通过RS232串行口与智能家居控制器进行通信。主要功能为：与监控中心进行双向数据通信，一方面实现用户远程控制，另一方面能及时发出报警信息。经过性能与成本的综合考虑GPRS通信模块设计采用了西门子公司生产的内嵌TCP/IP协议的MC55。该模块尺寸小，功耗低，便于集成。GPRS通信终端收发模块主要由MC55模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS232串口组成。MC55收发模块采用AT指令操作，通过RS232串行口进行数据通信。

控制模块：单片机采用STC12C5A60S2为控件核心，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。

交流继电器电路模块：通过一端对单片机的连接，当单片机语言识别用发出的指令后，对继电器进行激发，使得因一端长期供电，用开关激发后闭合，达到对家用电器给电的效果，已完成我们对智能家居控制系统的要求。

窗帘控制电路模块：由于窗帘的开启与关闭需要电动机得到一定的控制，直流电动机不易控制好所需转动的圈数，而步进电动机能够通过程序控制其所转圈数精确到度。本设计采用5V步进马达作为窗帘的控制器。ULN200作为步进马达驱动芯片。

烟雾传感器电路模块：MQ-2检测室内烟雾浓度的变化而引起阻值的变化，从而引起NPN基极电压的变化，再经过NPN放大电路进行放大传送至单片机进行控制。

4 系统的软件设计

主程序主要是根据各种标志量进行判断，然后对矩阵键盘扫描、串口数据监测、煤气泄漏的采集数据等子程序进行调试并完成相应显示数据的刷新。

主控制模块主要实现与GSM模块和各终端控制模块无线通讯，其软件设计主要包括初始化、用户信息的设置和存储、信息的发送与接收、终端状态的监测报警等过程。单片机通过串行口控制信息的发送与接收，为了更好地反映家居环境状态，系统采用定量信息向用户反馈。定量信息的编写包括对实时温湿度数据进行编码。用户信息指令的接收包括设置新短信提醒、有效信息的筛选、信息模式的设定和指令的解读。

5 结束语

基于GMS网络智能家居控制系统，方便使用者对家庭的远程智能控制，采用手机终端进行远程控制。该技术使用高于第二代通信技术（GSM）的GPRS手段进行远程智能控制，通过控制器模块内部引入天线发射信息到无线解码终端，并实现与家庭信息与安全的交互，实现家居物联网。

参考文献

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[2]李玉峰，倪虹霞.MCS-51系列单片机原理与接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[3]周建民，徐鹏，曹青松.一种基于ZigBee技术无线抄表系统的设计[J].微计算机信息，2009（26）.endprint