智能家居設計報告

1、創(chuàng)興杯設計論文設計題目：基于GSM的智能家居控制系統(tǒng)小組成員：邢躍飛（電子1004班）李 蓋（電子1001班）任艷珍（電子1004班）指導老師：孟德軍基于GSM的智能家居控制系統(tǒng)完成人：邢躍飛（組長，電子1004）；李蓋（電子1001）；任艷珍（電子1004）摘要：本文以三個STC89C52單片機為核心，實現(xiàn)基于GSM短信模塊的家庭無線防盜報警系統(tǒng)，室內(nèi)溫濕度的采集，光控窗簾，手機控制家電等。本系統(tǒng)由三個模塊組成，分別由三個單片機控制。第一部分是門禁模塊，打開時需要輸入密碼；第二部分是室內(nèi)檢測與控制；第三部分是手機控制家電。經(jīng)過多次測試，各個模塊工作正常，能夠很好地實現(xiàn)預期功能。該系統(tǒng)采用現(xiàn)有

2、電話網(wǎng)絡結(jié)合射頻無線通信技術(shù)和單片機網(wǎng)絡控制技術(shù)具有自動化程度高、適用性強、電路設計可靠等優(yōu)點一般家庭都能接受。 關(guān)鍵詞：智能家居 GSM 51單片機 智能控制 可靠 適用性強1 設計任務（本作品實現(xiàn)基于GSM短信模塊的家庭無線防盜報警系統(tǒng)，室內(nèi)溫濕度的采集，光控窗簾，手機控制家電等。各模塊原理框圖如下:模塊1：門禁模塊 模塊2：溫濕度采集模塊模塊3 手機控制家電模塊2 總體設計本作品實現(xiàn)基于GSM短信模塊的家庭無線防盜報警系統(tǒng)，室內(nèi)溫濕度的采集，光控窗簾，手機控制家電等。2.1 門禁模塊該模塊通過輸入正確密碼才能進入系統(tǒng)，開門或者設置其他功能，如果密碼輸入錯誤次數(shù)超過三次，系統(tǒng)自鎖并向戶主發(fā)

3、送提示信息，然后只有戶主向系統(tǒng)發(fā)送短信才能夠解鎖。此外，該模塊還可以實現(xiàn)光電防盜功能，當檢測到設定范圍內(nèi)有人活動時，系統(tǒng)會立刻向戶主發(fā)送短信告知。2.2 室內(nèi)監(jiān)測模塊該模塊負責實時監(jiān)測室內(nèi)溫度和可燃氣體，并將相應的信息顯示到12864液晶顯示器上，當室內(nèi)可燃氣體濃度超過閾值時，系統(tǒng)報警并向戶主發(fā)送短信通知戶主；該模塊還可以實現(xiàn)通過檢測室外光線強度來自動控制窗簾的開和關(guān)，并可以通過單片機的中斷手動控制窗簾的開和關(guān)，從而實現(xiàn)靈活控制。2.3 手機控制家電模塊該模塊實現(xiàn)用手機控制家電，戶主在回家之前如果要提前打開家用電器（如熱水器、空調(diào)等），可以向系統(tǒng)發(fā)送短信打開相應的電器。3 電路設計3.1 門禁

4、模塊電路設計該模塊用矩陣鍵盤作為輸入模塊，矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過計算或查表的方法實現(xiàn)。用戶只有在輸入正確密碼才能進入系統(tǒng)，開門或者設置其他功能，電路圖如下：圖2 門禁系統(tǒng)操作鍵盤 圖3 單片機最小系統(tǒng) 12864液晶顯示接口電路3.2 室內(nèi)檢測模塊設計該模塊負責實時監(jiān)測室內(nèi)溫度

5、和濕度和可燃氣體，并將相應的信息顯示到12864液晶顯示器上。室內(nèi)設計了一個光控窗簾具有自動和手動切換功能，大大方便了用戶的生活。電路圖如下： 圖4 溫濕度檢測電路 圖5光敏電路 圖6步進電機電路3.3 手機控制家電模塊電路設計該模塊實現(xiàn)用手機控制家電，戶主在回家之前如果要提前打開家用電器（如熱水器、空調(diào)等），可以向系統(tǒng)發(fā)送短信打開相應的電器。并且在門禁模塊自鎖時通過短信控制繼電器是該模塊復位自鎖解除。電路圖如下：圖7 手機控制家電模塊電路3.4 GSM接口電路設計GSM模塊主要采用SIEMENS公司的TC35模塊，通過串口接入電路與單片機控制模塊相連，主要負責實現(xiàn)遠距離報警的功能。TC35模

6、塊是SIEMENS公司為嵌入式設備設計的GSM雙頻通訊核心模塊，如圖6所示。TC35T內(nèi)含TC35/SIM卡座/電源/天線/RS232接口，是可獨立使用的通訊終端。TC35支持標準的AT命令集，通過AT指令可實現(xiàn)發(fā)送短信功能。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。單片機通過串口與GSM模塊連接通信，電路圖如下：圖8 GSM 與單片機通信電路4軟件設計4.1 門禁系統(tǒng)該系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是：輸入密碼，密碼正確則進入系統(tǒng)。當輸入密碼錯誤次數(shù)小于3次時，可以重新輸入。當錯誤次數(shù)達到3次，系統(tǒng)便進入自鎖狀態(tài)并通過GSM發(fā)送短信通知用戶。成功進入系統(tǒng)后可以選擇不同的功能：開門、修改系統(tǒng)密碼

7、和開啟報警系統(tǒng)。選擇開門功能。則開門的指示燈會亮。選擇修改系統(tǒng)密碼功能，則按照系統(tǒng)指引輸入舊密碼、新密碼和重復新密碼。若輸入的密碼都正確，則修改密碼成功。若輸入的密碼錯誤，則需要重新輸入，當錯誤次數(shù)達到3次時，系統(tǒng)也會進入自鎖狀態(tài)和通過GSM發(fā)送短信通知用戶。選擇開啟報警功能，煙霧傳感器和紅外熱釋能傳感器便開始工作，一旦檢測到信號，報警音響并通過GSM發(fā)送短信通知用戶。若需要關(guān)閉報警功能，只要按關(guān)閉報警的按鍵，并正確輸入密碼后，報警功能就會關(guān)閉。主程序流程圖如圖所示：4.2可燃氣體檢測模塊 煙霧傳感器MQ-2不停地檢測室內(nèi)的可燃氣體的濃度，當其值超過警戒值時，該模塊傳到單片機模塊上的信號變成低

8、電平，單片機檢測到此端口電平變化時，就會通過GSM模塊給主人發(fā)短信告知。流程圖如下：4.3存儲器模塊軟件設計在本系統(tǒng)中，AT24C02的存儲功能主要是通過I2C總線來實現(xiàn)串行讀寫，其流程圖如圖9所示。I2C總線在寫入和讀取一個8位二進制數(shù)時，總是高位在前低位在后。在讀函數(shù)_24C02Read(unsigned char l_address)中，先向I2C總線發(fā)出讀取24C02的寫地址，在完成I2C串口協(xié)議后，寫入24C02的讀地址，再讀取存儲器對應位置的數(shù)據(jù)。在寫函數(shù)_24C02Write(unsigned char dat，unsigned char l_address)中，先向總線發(fā)出寫2

9、4C02的地址，在完成I2C串口協(xié)議后，寫入24C02的寫地址，然后寫入數(shù)據(jù)。 圖9 AT24C02讀寫流程圖4.4 GSM模塊在本系統(tǒng)中，GSM模塊軟件設計是通過串口發(fā)送AT指令給GSM模塊來實現(xiàn)發(fā)送短信的功能，其流程圖如圖19所示。首先串口發(fā)送字符串“AT+CMGF=0rn”給GSM模塊，設置短信為PDU模式；然后發(fā)送“AT+CMGS=36rn”，；接著將待發(fā)送PDU碼短信的內(nèi)容發(fā)給GSM模塊；最后發(fā)送十六進制的0x1A（回車）確認發(fā)送，這樣就能通過GSM模塊最終實現(xiàn)報警通知用戶的功能。 圖10 GSM模塊流程圖 5、測試及結(jié)果 （1）門禁模塊測試結(jié)果給改模塊上電之后，模塊顯示正常，輸入正

10、確的密碼顯示“密碼通過” 更改密碼成功，當輸入錯誤密碼時，開始發(fā)出蜂鳴聲報警，當超過3次時，該模塊自鎖并向主人號碼（預設號碼）發(fā)送短信。經(jīng)過多次測試，偶爾出現(xiàn)了發(fā)送不成功的現(xiàn)象，總體電路改模塊工作正常，（2）防盜模塊測試給光電防盜模塊上電以后，用手遮擋模擬人體進入窗戶，經(jīng)過多次測試該模塊能成功報警并向主人發(fā)送短信進行告知，如下圖（3）手機控制家電模塊測試 給改模塊上電之后，通過多次發(fā)短信開啟模擬家電（繼電器和發(fā)光二極管），該模塊比較穩(wěn)定，測試過程中之后在max232出現(xiàn)故障的時候出現(xiàn)了發(fā)送不成功現(xiàn)象。6、總結(jié)該設計在一定程度上解決了傳統(tǒng)機械式防盜的弊端，利用高科技將防盜報警智能化、自動化，可以減少和避免戶主的損失。由于該系統(tǒng)主要利用現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡作為承載，不需要考慮布線等因素，減少了環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響，提高了該系統(tǒng)的可移動性。由于時間的關(guān)系等因素，該設計還存在一些不足的地方。例如，該設計存在不夠人性化的地方，可通過添加實時時鐘芯片增加時間功能，并在此基礎上加入自動開啟和關(guān)閉系統(tǒng)的功能以及各模塊間的無線通信等等。除此以外，還可以通過增加斷電保護