基于GPRS智能家居控制終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

李業(yè)謙

【摘要】該文采用STC89C52單片機(jī)作為中央處理芯片、GTM900B、光耦開(kāi)關(guān)等模塊構(gòu)件了智能家居控制終端節(jié)點(diǎn)。通過(guò)RXD和TXD端口連接接上GTM900B DTU，單片機(jī)通過(guò)發(fā)送AT指令向GTM900B DTU模塊定時(shí)讀取智能家居終端節(jié)點(diǎn)信息。采用收數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)設(shè)定的數(shù)據(jù)內(nèi)容匹配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶直接遠(yuǎn)程控制家居，在識(shí)別信號(hào)后單片機(jī)則控制端口控制光耦合器來(lái)控制LED燈的開(kāi)和關(guān)，在實(shí)際使用中可以用繼電器來(lái)控制代替光耦合器，來(lái)控制大功率電器。最后，通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該文提出智能家居方案的可行性。

【關(guān)鍵詞】STC89C52;智能家居;匹配機(jī)制

引言

智能家居（Intelligent Home）是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)化，智能化于一體的高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境[1，2]。隨著科技的提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高，所以作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。家居智能化控制的開(kāi)發(fā)和建設(shè)是未來(lái)國(guó)家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日?；顒?dòng)節(jié)約不必要的能耗。而且在現(xiàn)在這個(gè)注重綠色環(huán)保的世界里，智能家居為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住[3，4]。

所以，開(kāi)發(fā)智能家居系統(tǒng)具有重要意義，本文論述了基于GPRS技術(shù)和單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)家庭智能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制的方案，用戶可以通過(guò)短信方式，訪問(wèn)家庭智能控制器。

1 智能家居硬件設(shè)計(jì)

1.1總體設(shè)計(jì)

本文以智能家電控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC系列單片機(jī)為核心[5，6]，采用了繼電器控制家用電器的通斷，以GPRS無(wú)線通信模塊（GPRS DTU）為基礎(chǔ)，基于AT指令和數(shù)據(jù)采集器，構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程的智能家電控制系統(tǒng)，對(duì)家電進(jìn)行控制，本設(shè)計(jì)以控制燈泡為例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燈泡的開(kāi)關(guān)控制和狀態(tài)反饋。其中GPRS模塊接收用戶短信將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出相應(yīng)輸出，從而控制家用電器（比如電燈）的開(kāi)關(guān)。之后通過(guò)單片機(jī)處理，由GPRS發(fā)送模塊發(fā)送回復(fù)短信。

圖1 ?電路設(shè)計(jì)概念框圖

圖1是電路設(shè)計(jì)概念框圖，系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)主要包括幾個(gè)模塊，分別是單片機(jī)核心系統(tǒng)模塊、GTM900B DTU模塊、利用光耦開(kāi)關(guān)控制LED燈模塊。對(duì)于STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)模塊，它是系統(tǒng)主要的控制模塊，調(diào)節(jié)和控制著系統(tǒng)的各個(gè)模塊，共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。單片機(jī)通過(guò)RXD和TXD端口與GTM900B DTU模塊進(jìn)行通信，通過(guò)識(shí)別短信的內(nèi)容控制光耦開(kāi)關(guān)，來(lái)控制LED燈的亮滅，光耦開(kāi)關(guān)主要通過(guò)P0口來(lái)控制。

1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

如圖2所示為系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，所謂單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指單片機(jī)運(yùn)行工作起來(lái)，所必須的最基本的電路組成，它由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源電路組成。它的外圍器件非常少，電路的建立簡(jiǎn)單因此其成本低。

圖2 ?單片機(jī)最小系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)采用的是自動(dòng)上電復(fù)位方式由C2（10uF）和R2（10K）組成，該方式通常指，上電后，通過(guò)RC電路充電實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)電容從零狀態(tài)開(kāi)始充電，電容兩端的電壓公式

（1）

其中， ?？梢缘弥?/p>

（2）

根據(jù)COMS電平標(biāo)準(zhǔn)，只要 從零電壓充電到0.55V的時(shí)間大于5ms即可完成上電自動(dòng)復(fù)位。這樣就可以算出

，（3）

中值的大小。通常選擇R1=1～10KΩ，C=10～30μF。

1.3 GPRS DTU模塊簡(jiǎn)介

GPRS DTU全稱GPRS數(shù)據(jù)終端單元，在軟件設(shè)計(jì)上，它封裝了協(xié)議棧，并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，硬件上可看作是嵌入式PC加無(wú)線接入部分的結(jié)合。目前國(guó)內(nèi)實(shí)際上對(duì)GPRS DTU有更加明確的約定：GPRS DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的GPRS無(wú)線設(shè)備。如圖3 是GTM900B模塊的實(shí)物圖。

圖3 ?GTM900B實(shí)物圖

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)部分：GTM900B模塊初始化程序設(shè)計(jì)，即如何使得單片機(jī)與GTM900B模塊傳輸數(shù)據(jù);短信讀取識(shí)別程序設(shè)計(jì)，即使單片機(jī)能夠發(fā)送命令讀取GTM900B收到的短信，并且能夠識(shí)別短信內(nèi)容并判斷并執(zhí)行相應(yīng)命令;光耦開(kāi)關(guān)控制電路程序設(shè)計(jì)，即使得單片機(jī)能夠控制光耦開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟和閉合。如圖 4是軟件流程圖。

圖4 ?軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

全部元件安裝完成后，將電路板放置好，當(dāng)GTM900B模塊的調(diào)試都正常后，便可以進(jìn)行測(cè)試，將用手機(jī)發(fā)出短信，看是否控制LED燈的亮滅：首先將模塊準(zhǔn)備好后，手機(jī)發(fā)短信給GTM900B模塊，短信內(nèi)容為“K1”，在等了幾十秒后，可以看到串口通信助手從GTM900B模塊上接收到了如圖5所示的數(shù)據(jù)，說(shuō)明已經(jīng)接收到了短信，并且光耦合器控制的LED燈亮了，說(shuō)明模塊收到短信并完成命令，接著執(zhí)行發(fā)回復(fù)短信的命令。

圖5? GTM900B收到短信后串口輸出圖

當(dāng)手機(jī)就會(huì)收到完成命令的短信“Command completed successfully”，如圖6所示，說(shuō)明該模塊已經(jīng)正常完成所有功能，則智能家居節(jié)點(diǎn)測(cè)試成功。

4 小結(jié)

本文以智能家居控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，應(yīng)用PC+單片機(jī)方式，GPRS無(wú)線通信模塊為基礎(chǔ)，基于AT指令和單片機(jī)構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程的智能家電控制系統(tǒng)，對(duì)智能家電進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)了智能家電的實(shí)時(shí)控制，具有操作簡(jiǎn)單，控制安全可靠，易維護(hù)等特點(diǎn)。

圖6 手機(jī)短信內(nèi)容圖

參考文獻(xiàn)：

[1]侯海濤.國(guó)內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2004，05：92-93.

[2]祁志強(qiáng).智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].智能建筑，2008，12：42-44.

[3]郭銳.EIB智能建筑及調(diào)光系統(tǒng)的研究[D].浙江大學(xué)，2004.

[4]戚振興.淺議我國(guó)智能家居發(fā)展[J].廣西輕工業(yè)，2009，10：63-64.

[5].王衛(wèi)星.單片機(jī)原理與應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù).北京：中國(guó)水利水電[M]，2009

[6]李建波. 基于STC89C52單片機(jī)的電子密碼鎖[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，23：154-156.