基于GSM模块的智能家居系统设计

任 强

（山西大同大学物理与电子科学学院，大同 037009）

1 引言

随着社会经济的发展，生活水平普遍提高，家居防护越来越成为人们注重的安全领域。信息的传递和处理是人类现代生活中沟通交流的重要途径，不管是当代4G时代的到来，还是互联网通讯的广泛普及，都是当前世界上发展最迅猛也最具发展前途的智能化技术的标志。在未来，发展成熟化的短信息技术一定会成为智能化系统的基础技术。而近来的智能家居由于其开发成本高，发展也不够稳定的缺点，没有被广大民众所接受。因此成本低，稳定性好的家居防护系统的研发成为社会大众的普遍需求。

2 系统方案及编译平台的介绍

2.1 系统整体方案

本系统由主控模块、传感器模块、家居防护模块、声音报警模块、SIM300模块等组成。此外，本系统还利用各类体积小，灵敏度高的传感器来检测家居环境。在方案设计时，本文考虑到了系统的应用环境、各类传感器的灵敏度、各种非危险因素触发系统等干扰因素。通过对传感器的灵敏度进行校对，并设定主人在家或不在家两种模式，使系统更符合家居的实用性。

2.2 软件编译平台Keil

相比较而言，在汇编语言与C语言中，不论是在可读性、结构性上，还是可维护性和功能上，用C语言进行开发项目有着明显的优势。而Keil C51正是应用于C语言的软件开发兼容系统，易学易用。此外，它还具有仿真、管理库的功能。在处理速度上效率非常高。且其语句也容易理解，框架合理，在多种电脑系统中都可以稳定运行。

3 各模块功能及原理介绍

该系统分为两种工作模式，分别是主人在家模式和主人外出模式。当主人在时开启声音报警，并使一些必要的传感器进行工作。当主人不在时，开启短信报警，并使所有传感器进行工作。系统在工作时，当危险信息触发传感器，传感器将信息传给主控系统，主控系统将触发信息传送给GSM短信模块和家居防护设施。GSM短信模块进行报警，家居防护设施进行防护处理，避免造成更大的损失。系统的人性化设计更加适合家庭环境使用。

3.1 主控芯片

STC12C5A60S2为系统主控芯片，芯片的程序存储器大于一般51系列的单片机，且采用 flash工艺，能实现程序的快速删除与编辑。同时，此单片机在下载程序时，利用串口通讯，能便捷的完成任务。

3.2 GSM短信报警模块

模块中，RS232接口为3线制，RX，TX，GND。同时兼具TTL/CMOS接口，用户可以根据自己的选择来外部接入5V或者3.3V的单片机，用于控制SIM300模块。此外网络信号灯NET向用户提示当前模块的状态。在配置好参数后，将发送内容经过指令转换后，即可发送短信。

3.3 各检测传感器

（1）热释电红外传感器

其所能检测到的范围内如果有小偷进入，相应的就会输出信号，经单片机处理，进行报警。若是主人出门在外，那么就可以收到由GSM模块发的报警短信，提醒及时回家或采取相应的补救措施。流程如图1所示。

图1 热释电检测报警过程图

（2）煤气传感器

在有一定浓度有害气体的环境中，其电导率就会随着环境中可燃气体浓度的变化而增加或减少，就可以把浓度信号转换成电信号实现检测。

（3）湿度传感器

利用附在元件上的感湿材料，当有水汽时，其特性就会改变，这样就改变了其电导率，输出电流信号或者是电压信号就可以了。同时调节湿度传感器上的电位器，可以进行控制湿度值。设置合适的湿度值，传感器如检测到环境的湿度小于或者大于设置之值，相应的指示灯会亮，从而实现检测。

（4）火焰传感器

火焰传感器由红外发射管、比较器lm323以及简单外围电路组成。当传感器检测到危险信息时，通过比较器电路输出DO信号和AO信号。通常情况下，用DO输出的TTL信号直接输入单片机。

（5）震动传感器

震动传感器通过力的效应来采集危险信号。当有震动信号时，传感器将信号以高电平的形式发送给控制中心；没有振动信号时，处于休眠低电平状态。同时，震动传感器也是目前市场上用于测试器件的关键原件之一，它还具有价格低廉、使用灵活方便的特点。

（6）家居防护模块

该模块由简单的自动喷水装置和自动打开窗户装置构成分，这两类装置主要设置在厨房里。自动喷水装置由简单的打开关闭水龙头装置组成。而自动开窗装置由简单的拉伸装置组成。

4 系统软硬件设计

4.1 硬件设计

（1）总体设计方案

系统的功能是建立在GSM的短信发送报警功能基础之上的。在此基础上，系统通过各种传感器采集室内具体信息，将信息转换成数字信号传递给单片机，并根据不同的工作模式做出具体处理。

（2）外围电路及声音报警模块

单片机外围电路主要由时钟振荡电路和复位电路组成。晶振提供12MHz的时钟，以保证单片机能正常运行。在复位电路中，我们选用10uf的电容，从而保证复位的时间不长也不短。复位电路的功能主要是让程序重新执行。单片机具有处理速度快，功耗低，抗干扰能力强，兼容8051指令代码。基于本模块与SIM300模块连接，其串口RXD与TXD正好满足设计的要求。

本模块使用有源蜂鸣器。因为其直接直流电压就可以进行报警，符合系统设计的要求。在本设计中，当有单片机接收到传感器的信号，经过处理，直接给蜂鸣器一个高电平的触发信号，使蜂鸣器实现报警功能。

4.2 软件设计

（1）软件系统主程序设计

设计程序时，考虑到整体系统的稳定运行。采用程序嵌套的方式，进行整体的设计。首先进行信号的采集，采集到信号之后，经过单片机的简单处理，进行启动报警系统报警。报警系统包括两种模式，一种是短信报警，另一种是简单的声音报警。同时，家居防护设施进行简单的设防。

（2）子信号及短信模块处理

信号采集子程序以采集火情信息为例，有火情危险发生时，即有信号输入的时候，单片机进行处理，接收信号，并相应的进行回应。

发送短信子程序首先进行系统的初始化，判断有无信号输入。有信号输入就启动短信报警系统，进行报警。

5 系统调试及仿真

在完成系统硬件和软件设计后，还需对系统进行了软件编译和硬件调试，对装置初始化，调试实验并记录调试结果。

首先根据编写的程序通过Keil软件编译生成单片机能执行的hex文件，将把生成的hex文件调入单片机中，由于系统设计的复杂性和仿真软件protues的局限性，只对系统的家居防护设备进行仿真。仿真见图2。

图2 家居防护设备仿真图

6 结束语

本文采用STC12C5A60S2单片机作为主控制系统，该单片机具有通用性强，体积小，价格低，处理速度快等优点，已广泛应用于各类产品的开发和应用。并且SIM300（GSM）短信模块是一款集成度较高的信息接收转译发送处理器，与单片机可以进行简单接口的连接，为本设计提供了简易的硬件基础。同时，各类传感器直接连接单片机实现信息的传送更是符合人性化需求。此外，简便实用的家居防护设施使系统设计的实用性更为突出。

智能化是未来科学技术发展的大方向，而智能家居系统则是为了提高人们日常生活的品质和安全，方便人们的日常生活。本系统设计并优化了软硬件方案流程，并通过单片机实现了将各个模块集成化，实现了对家里各种情况的实时检测，给人们现代化的生活带来巨大的便捷。

[1] 吕显朋，刘彦隆，王相国.基于物联网的智能家居系统设计[J].电视技术，2013，37（24）：43-48.