基于STC89C52和TC35的智能家居系统设计

臧克家, 李宝营, 杨剑飞

基于STC89C52和TC35的智能家居系统设计

臧克家, 李宝营, 杨剑飞

(大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁大连 116034)

采用STC89C52单片机作为控制核心,与Siemens公司的GSM模块TC35进行串行通信。通过单片机对AT指令的操作,TC35能与用户的手机进行收发短信。传感器检测装置对家居设备进行实时监测,并将信息送回单片机处理,输出控制相关的设备,实现烟雾检测,声光报警,同时将数据信息通过GSM模块TC35以短信方式传送给用户手机,用户针对情况做出相应的对策,从而实现家居安防的智能控制。

智能家居;单片机;烟雾检测;声光报警

0 引 言

随着信息技术的飞跃发展,家庭信息化已经成为其中重要的一部分,智能家居应运而生。智能家居使得家居生活更加便捷、安全、舒适,可以轻松解决人们日常烦恼担心的一些问题。作者采用价格低廉的单片机[1]、传感器、GSM通信模块以及手机终端进行实验,组成简单的智能家居系统,具有经济实用、方便可靠等优点。

1 总体设计

设计以STC89C52为控制核心,热释电红外人体红外检测、煤气泄漏检测、火灾烟雾检测等传感器构成环境信息的采集源,对家居环境进行实时监测,采用Siemens公司GSM模块TC35进行通信,连接家居与手机用户,可以进行短信收发,将家居环境的异常情况报告给用户,用户判断情况后下达命令实现了家居安防的远近程控制[2]。

系统整体框图如图1所示。系统包括了核心控制模块STC89C52最小系统、GSM模块TC35最小系统模块、传感器数据采集模块、继电器控制模块、声光报警模块等[3-4]。

图1 系统整体设计框图Fig.1 Design diagram of the whole system

2 硬件设计

2.1STC89C52最小系统和RS-232串口模块设计

STC89C52最小系统包括电源电路、上电复位电路和晶体振荡器电路,如图2所示,复位电路由按键和电容电阻组成,按下按键即可给单片机复位。晶体振荡器电路选择的是11.059 2 MHz的晶振,接到单片机的XTAL 1和XTAL 2引脚[3]。

STC89C52单片机内部有一个通用异步接收/发送器(UART),全双工串行接口,能同时收发数据。基于MAX232的串口模块,实现TTL电平和RS-232电平相互转换,使得单片机可与PC机或者其他也有串口的设备进行RS-232串行通信[4]。

图2 STC89C52最小系统电路原理图Fig.2 The minimum system schematics of STC89C52

2.2GSM TC35最小系统模块设计

TC35模块由GSM基带处理器、GSM射频部分、供电模块(ASIC)、Flash、天线接口等部分组成。图3是TC35最小系统的原理图,其中GSM基带处理器是整个模块的核心部分,由C166 CPU和一个DSP处理器控制着整个模块内部信号的处理、转换、放大等过程[5]。

图3 TC35最小系统原理图Fig.3 The minimum system schematic of TC35

2.3传感器检测模块设计

热释电红外传感器P2288和红外传感信号处理器BIS0001组成热释电红外人体检测模块。当有人体进入检测范围以内时,模块输出低电平信号至单片机外部中断0[6]。

以HQ-2气敏管为核心搭建火灾烟雾检测模块,当传感器所处的环境中出现烟雾时,电阻快速减小,烟雾浓度超过一定上限,电路输出低电平信号至单片机外部中断1。

以MQ-5气体传感器为核心搭建煤气泄漏检测模块,当可燃气体流经MQ-5内部气隙时,气隙之间的阻值随可燃性气体的浓度增大而减小,当可燃性气体浓度达到上限值时,电路输出低电平信号至单片机外部中断2。

3 工作流程设计

3.1单片机总控制流程图

单片机总控制流程图如图4所示。先将SIM CARD插入卡槽,再给TC35模块上电,并按下S1键,当TC35的网络指示灯按照“64 ms亮/ 3 000 ms灭”闪烁时,即网络注册成功,模块正确启动[7-9]。

图4 单片机控制流程图Fig.4 The flowchart of SCM control

程序先I/O口初始化,然后进入while(1)循环,先进行外部中断、串口发送接收中断和定时器0溢出中断的初始化,然后等待。当有中断产生时,硬件置位相应的中断标志位,申请中断,由于初始化的时候已经打开总中断和相应中断,则CPU响应中断,进入相应的中断服务程序。在中断服务程序里,对自己定义的标志位(int0_flag、int1_flag、int2_flag、T0_flag)进行置位。然后程序返回while(1)循环,当判断到标志位(int0_ flag、int1_flag、int2_flag、T0_flag)有一个置位时,则进入发送短信子程序,根据不同的标志位置位,进行相应的短信报警。当有盗贼进入室内, int0_flag=1时,则发送盗贼入侵短信“Thieves invade”给家居主人,并声光报警,同时启动定时器0,清除标志int0_flag;当家中有火灾时,烟雾报警器检测到烟雾,int1_flag=1,则发送火灾烟雾短信“Fire smoke”给家居主人,并声光报警,同时启动定时器0,清除标志int1_flag;当家中有煤气泄漏,int2_flag=1,则发送煤气泄漏短信“Gas leak”给家居主人,并声光报警,同时启动定时器0,清除标志int2_flag,单片机继电器输出控制排气扇打开通风换气,电磁阀工作关断煤气管道。定时器0启动后,定时器每溢出一次为0.27 ms,设置每溢出4 000次时进行一次判断,则定时为1.08 s,即每1.08 s检测一次外部中断端口的电平,若一直为低电平,则不置位标志T0_flag,一旦端口恢复为高电平,则置位标志T0_flag=1。程序在判断到T0_flag=1时,则发送解除报警短信,同时停止定时,停止声光报警,停止电磁阀工作,关闭排气扇,并清除标志T0_flag。然后进入while(1)循环,准备响应下一次中断的到来[10-11]。

3.2通过串口助手模拟TC35收发短信

作者通过串口调试助手软件STC-ISP模拟试验TC35在PDU模式下收发中英文短信的过程。

(1)发送中文短信

发送一条中文短信“大连工业大学信息学院”到手机15012345678。辽宁大连的移动短信中心号是+8613800240500。具体操作如下:

①发送AT

②发送AT&F

③发送AT+CMGF?

+CMGF:0

④发送AT+CMGS=35

⑤发送(发送PDU信息)0891683108200405 F011000D91685148629853F00008AA1459278FD E5DE54E1A59275B664FE1606F5b669662

返回0891683108200405F011000D91685148 629853F00008AA1459278FDE5DE54E1A59275 B664FE1606F5b669662

⑥发送1A(发送信息结束符)

返回0891683108200405F011000D91685148 629853F00008AA1459278FDE5DE54E1A59275 B664FE1606F5b669662

+CMGS:117

(2)接收中英文短信

接收一条中文短信“大连工业大学DLPU”来自手机15012345678。具体操作如下:

①发送AT

②发送AT&F

③发送AT+CREG?

+CREG:0,5

④发送AT+CMGF?

+CMGF:0

⑤发送AT+CNMI=2,1,0,0,1

⑥发送AT+CNMI?

+CNMI:2,1,0,0,1

(当有短信接收回来时,返回下面的内容)

+CMTI:"SM",26

⑦发送AT+CMGR=26

+CMGR:0,,40

0891683108200405F0240D91685148629853F 00008316010317220231459278FDE5DE54E1A59 275B660044004C00500055

3.3TC35通过STC89C52发送短信过程

首先发送指令“AT&F”格式化短信,用于初始化TC35模块。然后进行判断,指令若发送成功,则接着进行发送指令“AT+CMGF=1”用于设置发送短信的格式,设置为TEXT格式。进行判断,指令若发送成功,则接着发送指令“AT+ CREG?”,用于查询网络注册情况。进行判断,指令若发送成功,则接着发送指令“AT+CSCA= +8613800240500”,用于设置短信中心号。进行判断,指令若发送成功,则接着发送指令“AT+ CMGS=15842689350”,用于设置要发送到的用户号码[12]。进行判断,指令若发送成功,则发送指令“Thieves invade”或“Fire smoke”或“Gas leak”或“Alarm clear”,用于设置发送的短信内容。全部指令发送完毕后,则短信成功发送到用户手机。

4 结 论

利用GSM模块连接到GSM网络实现短信的收发,核心控制选择单片机,通过串口与GSM模块串行通信,对GSM模块进行AT指令操作,采用单片机控制TC35的短信收发程序编写以及调试。在实现短信的操作后,选择了红外热释电传感器P2288,以检测人员的入侵,使系统具有防盗功能。在检测火灾烟雾这个方面,选择了HQ-2传感器。最后在煤气泄漏这方面,选择MQ-5传感器,设计信号放大和调理电路,中断方式处理。设计完成家居安防的智能控制,实现了家居安防的远近程控制。

[1]卢建兵.基于单片机的智能家居系统[J].产业与科技论坛,2011,19(10):101-102.

[2]来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008:21-40.

[3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2011:87-106.

[4]柯国琴.基于单片机的智能家居系统设计[J].赤峰学院学报,2011,27(5):21-23.

[5]吴玉田.GSM模块TC35及其应用[J].计算机测量与控制,2002,10(8):557-560.

[6]肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M].北京:人民邮电出版社,2000:36-80.

[7]陈凯.基于GSM模块TC35i的收发控制系统设计[J].武汉工程大学学报,2011,33(1):91-95.

[8]孙增雷.基于GSM的远程报警系统的研制[J].武汉理工大学学报,2008,30(6):122-124.

[9]张继伟.基于TC35的智能家居控制系统[J].电子测试,2012,7(7):81-85.

[10]吴青.基于TC35i的GSM报警器的设计与实现[J].微计算机信息,2009,25(1):303-307.

[11]JANUSZ P,JAKUB P,PIOTR S.Expandable GSM and GPS systems simulator[J].Elektronika, 2010,51(11):24-26.

[12]杨振华.基于无线传感器网络和GSM网络的智能家居系统设计[J].西安文理学院学报,2009,12 (2):89-92.

Smart home system design based on STC89C52 and TC35

ZANG Kejia, LI Baoying, YANG Jianfei
(School of Information Science and Engineering,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

STC89C52 SCM(single chip microcomputer)was used as the control to make serial communication with the Siemens company’s GSM module TC35.TC35 could send and receive text messages with the user’s mobile phone through the SCM operates AT command.Sensor detection device was used to made real-time monitor of home devices,send the information back to the single-chip,then output the related controlling equipment to realize smoke detection to alarm.At the same time,the data was sent to the user’s mobile phone with a text message through the GSM module TC35 to make appropriate countermeasures for the user to enable the intelligent control of furniture security.

smart home;single chip microcomputer;smoke detection;sound and light alarm

TP273.5

:A

文章编号:1674-1404(2015)05-0383-04

2014-11-04.

臧克家(1989-),男,硕士研究生;通信作者:李宝营(1965-),男,副教授.