基于GSM的无线智能家居控制系统

安克思 李小娣 苏丹

摘 要：本设计是基于GSM的无线智能家居控制系统。该系统以STC89C52单片机和SIM900模块为核心，设计自动照明电路、温度自动采集电路、自动窗帘控制电路以及防盗、防火、防水模块硬件电路。采用软硬件相结合的方式，具有运行费用低、维护简单的特点。

关键词：智能家居;STC89C52单片机;SIM90

1.引言

随着计算机网络技术的发展和人们对生活水平要求的不断提高，智能家居控制系统将成为未来家居生活发展的必然趋势。根据有关部门对小区智能化的要求，住宅内部发生火灾等突发状况时需自动报警。报警系统常采用红外等各类探测器，但由于无线通讯技术不发达、费用高等因素，实现无线控制难度较大。而基于GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通信系统）的无线智能家居控制系统能实现无线通信，且通信费用低、传输距离远、传输速度快。本文利用STC89C52单片机、SIM900和各类家居控制传感器设计制作了一款全新的智能家居控制系统。

2.系统设计

本系统以STC89C52单片机和SIM900为控制核心，控制系统传感器采集到各类信号后通過无线收发单元传输给单片机，根据传输数据实现室内“三防”、自动照明、自动窗帘的控制以及温度采集等功能，同时通过短信可以控制系统的工作状态。系统总体方案如图1所示。

2.1 控制模块

采用的STC89C52单片机是新一代把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器、定时/计数器、I/O接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。具有高速、低功耗、抗干扰性强的特点，指令代码完全兼容传统8051单片机。它具有8K字节可编程闪烁存储器，可以1000写、擦循环，数据保留时间长达10年，具有两个16位定时器/计数器和5个中断源，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式或定时方式，并可以根据计数或定时的结构实现计算机控制。采用串行通信，可以实现单片机之间或单片机与其他设备之间的串行通信。最小系统电路如图2所示。单片机内部拥有时钟电路，必须外接石英晶体和微调电容产生时钟脉冲序列。

2.2传感器信号采集模块

本系统采集模块主要有烟雾传感器、门禁传感器、温度传感器、释热红外电传感器，其中烟雾传感器在家庭安全防范系统起到至关重要的作用，它工作可靠、体积小、安装使用非常方便，并且内部具有无线发射模块，只需要将传感器放在室内合适的位置便可监测室内是否有火灾发生。门禁传感器主要是实现住宅防盗的功能。在住宅内部安装红外监测设备，当家中无人时通过短信开启智能家居控制系统，当有外人闯入时，安装在室内的报警系统报警。温度传感器是一款最新单总线元件，线路结构简单，只需简单的外围器件即可实现通信。释热电红外线传感器是一款通过非接触式检测人体辐射红外线等能量变化的器件，并将热信号转化成电压信号。该信号通过放大电路可驱动各种控制电路，如做室内自动照明开关控制等。

2.3 无线接口和传输模块

智能家居控制系统为达到降低费用同时为用户提供更为舒适和方便的居住环境，室内日常生活中的某些设备都将采用无线控制，用户可以在一定的距离范围内轻轻按动遥控则系统会自动执行命令。

2.3.1 无线接口模块

SIM900是一个2频的GSM/GPRS无线模块，支持GPRS功能，工作频段为：EGSM 900MHz和DCS 1800MHz。此外，该模块内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用。SIM900的波特率范围是1200bps到115200bps，支持自适应波特率。本文采用LM2576稳压芯片给SIM900提供4.5V工作电压，其TXD和RXD直接与单片机数据口相连接进行数据传输。

2.3.2 无线传输模块

本系统运用PT2262构成无线发射电路，运用PT2272作为无线接收模块，无线接收模块的数据端直接与单片机连接实现解码运算，实现门禁、烟雾以及自动窗帘的控制。其无线发射电路如图3所示。

2.4 电源模块

电源是各种电子系统与设备的原动力，电源性能的好坏直接影响到系统与设备的工作质量和工作效率。本系统采用LM2576作为电源稳压芯片，运用极少的外部器件便可将DC12V电源经稳压芯片转换为DC5V和DC4.5V分别为单片机和SIM900模块供电。电路如图4所示。

3 系统程序设计

本设计采用C语言编程，利用Keil和Proteus软件进行程序调试，程序主要包括串口接收模块、发送短信模块、温度采集模块和室内“三防”模块。

温度采集模块选用DS18B20温度传感器采集室内温度，通过外围元件与单片机直接相连接。当用手机发送控制命令时，SIM900通信读取单片机相应接口数据，然后通过短信发送给指定的手机号码。

室内“三防”模块主要通过门禁传感器、烟雾传感器采集外部环境信号，烟雾传感器用于检测室内是否有火灾发生，门禁传感器用于检测是否有人闯入。控制系统采用模块化设计，采集信息精确、无数据丢失现象。程序流程图如图5所示。

4.结语

本设计以国内外现有的无线智能家居控制系统研究背景以及目前研究现状为基础。从系统稳定度和安全性两方面对控制系统进行设计。以STC89C52单片机和SIM900为核心，利用相关传感器、无线模块以及检测设备完成控制系统设计。

参考文献：

[1] 李华，王思明，张金敏等.单片机原理及应用[M].兰州：兰州大学出版社，2001：4-198.

[2] 王利，武毅，张磊等.基于单片机的GSM短信收发模块设计[J].现代电子技术，2012，3（2）：63-68.

[3] 陈长友，朱礼智，马晓军等.现代智能家居的研究设计[J].西北农林科技大学学报，2006，4（3）：6-12.

作者简介：

第一作者：安克思，（1997-）男，汉，宁夏银川，本科，银川能源学院，研究方向为自动化，银川能源学院

第二作者：李小娣，（1989-）女，汉，甘肃兰州，本科，兰州交通大学，助教，研究方向为电气工程，银川能源学院

第三作者：苏丹，（1998-）男 ，回族，宁夏吴忠市，本科，银川能源学院，研究方向为电气工程及其自动化，银川能源学院

项目名称：基于GSM的无线智能家居控制系统;来源：大学生创新创业项目;编号：NXCX2016390