智能家居系統(tǒng) 論文

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1、 天津工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 謝振峰 院(系)別： 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 通信082 指導(dǎo)教師： 王金海 2012年 6 月 6 日 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名

2、 謝振峰 學(xué)院名稱 電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信082 課題類型 模擬課題 課題意義 目前，國內(nèi)外各種類的智能家居產(chǎn)品越來越多，但其中大部分是基于電話網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)。在我國，家庭電話用戶正逐步減少，且電話線路易被破壞，故此類產(chǎn)品有一定局限性。隨著電信GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣闊化、無縫化，以及手機(jī)的日益普及為基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)提供了巨大的應(yīng)用空間。 任務(wù)與進(jìn)度要求 第1—2周 開題、文獻(xiàn)查閱、調(diào)研 第3—5周 熟悉TC35i模塊 第6—9周 單片機(jī)與TC35i模塊的通信 第10—12周 煙霧傳感器的硬件電路設(shè)計(jì) 第13—14周

3、 各功能模塊的軟件設(shè)計(jì) 第15—16周 畢業(yè)論文定稿，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 主要參考文獻(xiàn) [1] 張俊.SMS短消息傳輸?shù)倪h(yuǎn)端控制技術(shù)及其實(shí)現(xiàn).儀器儀表學(xué)報(bào)，2003,24 (4):610~611 [2] 徐方榮.無線智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).現(xiàn)代建設(shè)電器，2010,1(1):24~27 [3] 張?jiān)?熊承燕.基于GSM的短消息業(yè)務(wù)協(xié)議分析.無線通信技術(shù)， 2001,2 (10):34～40 [4] 劉松，趙忠，孫學(xué)磊.基于GSM 的遠(yuǎn)程家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).電子測量技術(shù)，2009,32(1):89~91 [5] 時(shí)磊，董金祥.面向嵌入式環(huán)境的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng).計(jì)算機(jī)工程，2004,2

4、0(2):30~35 起止日期 2012.3.18---2012.6.18 備注 院長 教研室主任 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告表 2012 年 3 月 19 日 姓名 謝振峰 學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院 專業(yè) 通信工程 班級 通信082 題目 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 王金海 一、 與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義

5、： 目前，國內(nèi)外各種類的智能家居產(chǎn)品越來越多，但其中大部分是基于電話網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)。在我國，家庭電話用戶正逐步減少，且電話線路易被破壞，故此類產(chǎn)品有一定局限性。隨著電信GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣闊化、無縫化，以及手機(jī)的日益普及為基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)提供了巨大的應(yīng)用空間。 本課題主要研究基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括GSM模塊與單片機(jī)之間的通信，燈光控制模塊、煤氣檢測模塊、指紋識別模塊的研究。本設(shè)計(jì)涵蓋了智能家居的基本功能。 本課題較全面地研究了GSM網(wǎng)絡(luò)在智能家居中具體應(yīng)用，為利用GSM網(wǎng)絡(luò)組建智能家居系統(tǒng)提供了技術(shù)方案。 二、進(jìn)度及預(yù)期結(jié)果： 起止

6、日期 主要內(nèi)容 預(yù)期結(jié)果 第1—2周 第3—5周 第6—9周 第10—12周 第13—14周 第15—16周 開題、文獻(xiàn)查閱、調(diào)研 熟悉TC35i模塊 單片機(jī)與TC35i模塊的通信研究 煙霧傳感器的硬件電路設(shè)計(jì) 各功能模塊的軟件設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文定稿，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 熟悉tc35i模塊與單片機(jī)的通信、完成各功能模塊的設(shè)計(jì) 完成課題的現(xiàn)有條件 TC35i模塊、相關(guān)文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室所有的硬件和軟件 審查意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 學(xué)院意見 主管領(lǐng)導(dǎo)： 年

7、 月 日 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度檢查記錄 題目 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 謝振峰 學(xué)院名稱 電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信082 指導(dǎo)教師姓名 王金海 指導(dǎo)教師職稱 教授 日 期 指 導(dǎo) 記 錄 2012.2.18 查閱文獻(xiàn)整理資料 2012.2.27 填寫任務(wù)書與開題報(bào)告 2012.3.8 確定設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)的功能 2012.3.15 撰寫需求報(bào)告 2012

8、.3.22 方案的選擇及總體設(shè)計(jì) 2012.4.1 所用電子器件及核心芯片的選擇 2012.4.12 指紋識別的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 2012.4.19 對燈光控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試 2012.4.28 煙霧傳感器的軟件總體設(shè)計(jì) 2012.5.5 編寫各個功能模塊的軟件代碼 2012.5.15 對燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 2012.5.22 進(jìn)行系統(tǒng)的組網(wǎng)和功能聯(lián)調(diào) 2012.5.26 論文書寫內(nèi)容及規(guī)范要求 2012.6.4 對論文不足之處加以改正 天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱表 （設(shè)計(jì)類） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 基于GSM網(wǎng)絡(luò)

9、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 謝振峰 學(xué)生班級 通信082 指導(dǎo)教師姓名 王金海 評審項(xiàng)目 指標(biāo) 滿分 評分 選題 能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，題目大小、難度適中；學(xué)生工作量飽滿，能得到較全面訓(xùn)練。 10 題目與生產(chǎn)、科研等實(shí)際問題結(jié)合緊密。 10 課題調(diào)研 文獻(xiàn)檢索 能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)以及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案；有分析整理各類信息從中獲取新知識的能力。 15 外文應(yīng)用 能正確引用外文文獻(xiàn)，翻譯準(zhǔn)確，文字流暢。 5 設(shè)計(jì)說明書（論文） 設(shè)計(jì)圖紙（插圖）簡潔、規(guī)范、無差錯，設(shè)計(jì)欄目齊全合理，能正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)

10、單位。 15 設(shè)計(jì)說明書（論文）結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，表達(dá)清楚，文字通順，用語正確，基本無錯別字和病句，書寫格式符合規(guī)范。 15 能根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理正確無差錯，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析準(zhǔn)確。 20 設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性或?qū)嵱脙r(jià)值。 10 合計(jì) 100 意見及建議 評閱人簽名： 年 月 日 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績考核表 學(xué)生姓名 謝振峰 學(xué)院名稱 電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信082 題目 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評語及成績：

11、 成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會評語及成績： 成績： 答辯主席（或組長）簽字： 年 月 日 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總成績： a.指導(dǎo)教師 給定成績 b.評閱教師 給定成績 c.畢業(yè)答辯成績 總成績 (a0.5+b0.2+c0.3) 摘 要 GSM 網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)，用戶無需另外組網(wǎng)，對用戶的數(shù)量沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資

12、成本大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，利用GSM 短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強(qiáng)大的支持平臺。 本設(shè)計(jì)利用TC35i GSM模塊與STC89C52單片機(jī)組建控制終端，用戶通過手機(jī)發(fā)送短信指令到控制終端，控制終端提取短信控制指令通過單片機(jī)控制各個功能模塊從而實(shí)現(xiàn)對智能家居的遠(yuǎn)程控制。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)包含的系統(tǒng)有：智能照明控制系統(tǒng)、智能安防和環(huán)境監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)和智能家電、窗簾的系統(tǒng)控制。該設(shè)計(jì)的各個系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是彼此相互聯(lián)系，融合為一個統(tǒng)一的整體，并相互響

13、應(yīng)，做到真正意義上的智能集中控制和遠(yuǎn)程GSM控制。 本論文實(shí)現(xiàn)了家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對整個系統(tǒng)進(jìn)行了測試，順利實(shí)現(xiàn)了手機(jī)通過GSM網(wǎng)絡(luò)對智能家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。 關(guān)鍵詞：智能家居；GSM；遠(yuǎn)程控制；單片機(jī)  ABSTRACT With the progress of technology and the raise of material and cultural life at the present stage, people are looking forward to have a safe, comfortable, energy-sa

14、ving and convenient living environment. Smart home can be centralized or remote monitoring for family affairs by integrating the computer technology, embedded technology, sensor technology, network communication technology and control technology. The information society is gradually changing the way

15、 people live and work, so the development and construction of smart home is the inevitable trend of 21st century. This paper described the basic functions of the intelligent home systems and smart home system design based on the GSM network , design a home system function module hardware circuit de

16、sign and software programming , and finally test the entire system . The thesis describe the meaning of intelligent home and how this technology can contribute to our home living, compare and have a outlook of the developing of intelligent home technology. According above, paper gives an architectu

17、re designing which based on general communication protocol, control center and intelligent terminal. Keywords: smart home; GSM ; remote control; MCU 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1 課題背景 1 1.2 智能家居控制系統(tǒng)概述 3 1.3 課題研究的目的及意義 4 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 5 1.5 本章小結(jié) 5 第二章 GSM智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 2.1

18、智能家居系統(tǒng)需求分析 6 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 7 2.3 本章小結(jié) 7 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 8 3.1 相關(guān)芯片及模塊 8 3.1.1 STC89C52RC 9 3.1.2 TC35i模塊 10 3.1.3 MQ-2傳感器 14 3.1.4 FM-180指紋識別模塊 15 3.1.5 ULN2003 17 3.2 STC89C52最小系統(tǒng)電路 17 3.3 窗戶、窗簾控制電路 18 3.4 燈光調(diào)節(jié)電路 18 3.5 煙霧傳感器電路 19 3.6家用電器模擬電路 20 3.7 指紋識別電路 20 3.9 本章小結(jié) 21 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2

19、2 4.1 短消息發(fā)送程序設(shè)計(jì) 22 4.2 煤氣檢測模塊程序設(shè)計(jì) 24 4.3 燈光控制模塊軟件設(shè)計(jì) 25 4.4 指紋識別模塊軟件設(shè)計(jì) 27 4.5 本章小結(jié) 28 第五章 智能家居系統(tǒng)測試 29 5.1 測試目的與目標(biāo) 29 5.2 測試方案 29 5.3 測試平臺 30 5.4 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)測試 31 5.4.1 燈光控制系統(tǒng)測試 31 5.4.2 煤氣報(bào)警電路測試 31 5.4.3 指紋識別系統(tǒng)測試 32 5.5 測試結(jié)論 32 結(jié)束語 33 參考文獻(xiàn) 34 附 錄 一 35 附 錄 二 36 附 錄 三 39 外文

20、資料 51 中文翻譯 57 謝 辭 62 天津工業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒 論 進(jìn)入21實(shí)際，科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力水平進(jìn)入加速發(fā)展階段，隨之而來的是人類物質(zhì)文化生活的極大提高。隨著人們生活水平的不斷提高，人們不斷的對居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個成員的舒適、安全與便利。而智能家居是一個利用通訊和互聯(lián)網(wǎng)以及綜合布線等技術(shù)，按照人體工學(xué)，農(nóng)合個性化需求，通過統(tǒng)一的家庭管理平臺，將與家庭生活息息相關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起的系統(tǒng)。因此從市場需求的角度來看，智能家居必然是前景廣闊。 智能家居是一門新興的綜合性交叉學(xué)科。智能家居可以

21、定義為一個過程或一個系統(tǒng)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家庭生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起。智能家居的目標(biāo)是用各種方法或設(shè)備使家居生活實(shí)現(xiàn)自動化、智能化，使家居變得更加舒適、安全和有效，從而提高人們的生活質(zhì)量[1]。 隨著GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，目前GSM網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋全國，GSM移動通信運(yùn)營商之間競爭日益激烈，使得手機(jī)在全國收發(fā)短消息的費(fèi)用將為0.1元/條或更低。而且，手機(jī)有漢字顯示和輸入功能，使得對系統(tǒng)的操作變得更為直觀。因此利用GSM手機(jī)的短消息功能實(shí)現(xiàn)遙控檢測功能的優(yōu)勢比較明顯。 智能家居已成為現(xiàn)代家庭裝修的大勢所趨。同事，可以預(yù)見在將來很長一段時(shí)

22、間內(nèi)手機(jī)依然是人們交換信息的主流設(shè)備。因此若要實(shí)現(xiàn)智能家居的推廣和普及，有必要將智能家居這一先進(jìn)理念和手機(jī)這一大眾媒介相結(jié)合。在總結(jié)前人理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，并參與當(dāng)前國內(nèi)外同行研究現(xiàn)狀，深化了基于GSM短消息的智能家居這一理論。 1.1 課題背景 隨著科技的飛速發(fā)展及生活水平的不斷提高，人們對智能化家居生活的需求也逐漸增大。越來越多的智能住宅、智能小區(qū)應(yīng)運(yùn)而生。21 世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進(jìn)步。自從1876 年，Alexander Graham Bell（貝爾）發(fā)明電話以來，世界各國的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速，近十年來，中國的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1

23、997 年8 月公用電話交換機(jī)總?cè)萘客黄? 億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，2006 年初固定電話用戶總數(shù)達(dá)到35539.2 萬戶，移動電話用戶達(dá)到40407.2 萬戶，現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由程控交換機(jī)進(jìn)行交換傳輸，移動通信也從模擬時(shí)代走向了高度數(shù)字化時(shí)代，它們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，而且可靠性非常高。 正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動控制、安全防

24、范三個方面。隨著新技術(shù)和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能也越來越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。 數(shù)字化家居控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過手機(jī)在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD 錄像機(jī)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中預(yù)先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實(shí)現(xiàn)都僅僅是打一個簡單的電話。 短信息服務(wù)（Short Message Service，SMS）是GSM（Global System for Mobile Communication）系統(tǒng)中提供的一種G

25、SM 終端（手機(jī)）之間，通過服務(wù)中心(service center)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能[2]。短信息服務(wù)作為GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。由于GSM 網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，他對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上GS

26、M 的SMS 本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用GSM 短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強(qiáng)大的支持平臺。在此以GSM 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站等）及其他無人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控及城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來水、污水管網(wǎng)和熱力系統(tǒng) 、電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了Siemens 公司新一代無線通信GSM 模塊TC35i，它設(shè)計(jì)小巧、功耗

27、很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 1.2 智能家居控制系統(tǒng)概述 圖1-1 智能家居控制系統(tǒng)示意圖 隨著社會信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日益緊密。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，它是以家為平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如圖1-1所示,智能家居控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)

28、場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。 大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、 交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打 印機(jī)等主要部分組成。 一般智能家居系統(tǒng)的功能主要包括以下三個方面： 1. 照明控制 傳統(tǒng)的機(jī)械式電燈開關(guān)從明裝式到暗裝式，其發(fā)展只是外形結(jié)構(gòu)的改

29、變，其功能 單一使用不便。于是出現(xiàn)了調(diào)光開關(guān)、單通道和多通道紅外開關(guān)、無線開關(guān)，但因這些各種各樣電子開關(guān)都有各自的局限性，不能取代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)[15]。智能住宅控制系統(tǒng)的照明控制部分可對白熾燈、熒光燈、和各種新燈具進(jìn)行開、關(guān)或調(diào)光等功能操作?？蛇M(jìn)行分布多點(diǎn)控制、集中控制、遠(yuǎn)程電話以及自動程序控制。即可對單個燈光照明點(diǎn)進(jìn)行控制，有可對燈光組進(jìn)行組合控制。同時(shí)該系統(tǒng)具有極高的可靠性，因此可完全取代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)。 2. 電器控制 現(xiàn)代社會是一個電器時(shí)代，家中的各種電器越來越多，各種功能相當(dāng)繁雜，智能 家居控制系統(tǒng)的電器控制功能，能對家用電器進(jìn)行全功能的控制或遠(yuǎn)程控制。窗簾控制，根據(jù)光照、

30、時(shí)間、室內(nèi)燈光差等因素自動控制窗簾的開、閉或用遙控手動控制。能通過手機(jī)對家電的工作情況進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢和控制。 3. 安防報(bào)警 能對系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)各電燈、電器的工作狀態(tài)以及室內(nèi)溫度、濕度、火警、煤氣等室內(nèi) 環(huán)境進(jìn)行檢測并做出警告，并能根據(jù)事先設(shè)定的應(yīng)急處理程序自動做出反應(yīng)，防止事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大（如：發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)發(fā)生，能自動發(fā)送短消息告訴房屋主人）。 1.3 課題研究的目的及意義 智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居

31、不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間[10]。還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器 等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡單、功 能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用[9]。 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 本論文主要研究了基于

32、GSM網(wǎng)絡(luò)手機(jī)短信通信的智能家居控制系統(tǒng)。確定了智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案以及各個功能模塊硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)測試。本論文的主要組織安排結(jié)構(gòu)如下： 第一章緒論，簡要闡述了智能家居控制系統(tǒng)的主要功能以及課題研究的目的和意義。 第二章介紹了智能家居系統(tǒng)的需求分析，提出了本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，并確定了家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。 第三章提出了智能家居系統(tǒng)的總體電路設(shè)計(jì)框圖，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的各個模塊電路。 第四章在各功能模塊硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)各功能模塊的功能。 第五章對設(shè)計(jì)的整個系統(tǒng)進(jìn)行測試。 1.5 本章小結(jié) 本章首先講敘了基

33、于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的課題背景、課題研究目的和意義，從高效率、低成本兩個方面闡明了基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。最后闡述了本論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。 64 天津工業(yè)大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 GSM智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 第1章 講述了智能家居系統(tǒng)所具有的三大基本功能：照明控制、家電控制、安防報(bào)警功能。本章為符合智能家居系統(tǒng)的要求對基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析確定了本設(shè)計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的基本功能。在需求分析的基礎(chǔ)上，確定了基于GSM網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。 2.1 智能家居系統(tǒng)需求分析 智能家居系統(tǒng)融合計(jì)算機(jī)技

34、術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。一般智能家居系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能有照明控制、電器控制、安防報(bào)警等功能[3]。本設(shè)計(jì)為符合智能家居系統(tǒng)的基本功能，要求實(shí)現(xiàn)的功能有： 1.燈光控制 用戶通過手機(jī)發(fā)送短信控制命令給GSM接收終端模塊時(shí)，對燈光開啟、關(guān)閉進(jìn)行相應(yīng)控制，且燈光系統(tǒng)具有自動調(diào)光功能，當(dāng)室內(nèi)光線強(qiáng)度變化時(shí)，能智能控制所要亮滅的燈管數(shù)目。 2.智能家電、窗簾的系統(tǒng)控制 用戶通過手機(jī)利用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信控制命令到GSM收發(fā)控制終端，實(shí)現(xiàn)對家用電器、窗簾的遠(yuǎn)程控制。本設(shè)計(jì)的智能家居、窗簾的控制采用5V步進(jìn)電

35、機(jī)和直流小電動機(jī)模擬家電和窗簾控制器。 3.環(huán)境監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng) 通過燃?xì)飧袘?yīng)傳感器監(jiān)測居室環(huán)境，當(dāng)指標(biāo)超出設(shè)定值時(shí)，報(bào)警信號會通過短信立刻反饋到智能手機(jī)上，并可以根據(jù)反饋的內(nèi)容，對現(xiàn)場作出處理，如遠(yuǎn)程打開窗戶、啟動排風(fēng)設(shè)備等等。 4.智能安防 安防系統(tǒng)中裝有指紋識別系統(tǒng)，當(dāng)當(dāng)前錄入的指紋正確時(shí)門禁系統(tǒng)解禁，當(dāng)當(dāng)前錄入指紋不正確時(shí)門禁系統(tǒng)通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送信息提示有陌生人闖入。 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 針對智能家居系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖2-1所示。 圖2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 單片機(jī)與GSM模塊構(gòu)成GSM收發(fā)終端控制模塊，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心

36、部分，用于讀取用戶手機(jī)的短信控制指令以及向用戶手機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息。燈光控制電路、煤氣報(bào)警電路、門禁系統(tǒng)、電器控制電路均與單片機(jī)相連。 當(dāng)用戶發(fā)送控制指令到GSM接受模塊，單片機(jī)通過發(fā)送AT指令到GSM模塊讀取控制指令，并根據(jù)相應(yīng)指令控制相應(yīng)功能模塊。功能模塊與手機(jī)是雙向通信，即系統(tǒng)可以向用戶手機(jī)反饋狀態(tài)信息，例如當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)煤氣泄漏事件時(shí)，煤氣傳感器檢測到室內(nèi)煤氣濃度變化，單片機(jī)控制電路檢測到端口電平變化，并向GSM模塊發(fā)送AT指令以向用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。 2.3 本章小結(jié) 本章對智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析，確定了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)須具有家電控制、家居安防、家居監(jiān)控三大功能。根據(jù)需求分析確定

37、了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)和GSM模塊通信為控制核心，單片機(jī)外接各個功能模塊，用戶通過手機(jī)發(fā)送短信控制指令控制各個功能模塊。 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第二章通過對家居系統(tǒng)進(jìn)行需求分析確定了本設(shè)計(jì)的總體方案。本章將在總體方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件電路。 系統(tǒng)由六大模塊電路組成：GSM模塊與STC89C52通信構(gòu)成的GSM收發(fā)控制終端電路、雙MCU通信電路、煙霧傳感器電路、窗戶和窗簾控制電路、燈光調(diào)節(jié)電路、模擬家用電器電路。本設(shè)計(jì)以STC89C52為核心，圖3-1所示為家居智能控制硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖，為了保證功能的可靠實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)采用雙CPU結(jié)構(gòu)。在軟件編程中

38、按主從機(jī)工作的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。 圖3-1 系統(tǒng)硬件連接框圖 3.1 相關(guān)芯片及模塊 本設(shè)計(jì)中用到了主要芯片以及模塊有TC35i模塊、指紋識別模塊、STC89C52、MQ-2煙霧傳感器、ULN2003步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動芯片等。 3.1.1 STC89C52RC STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32

39、 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。STC89C52RC 還有一個重要特點(diǎn)在于它可以在線編程，無需專用編程器，可通過串口（P3.0和P3.1）直接下載用戶程序，在編程調(diào)試過程中尤為方便。 STC89C52RC 的管腳和MCS-51

40、 系列單片機(jī)兼容，各管腳功能見表3-1，其中P3 口的第二功能單獨(dú)列出，見表3-2。 表3-1 單片機(jī)管腳功能 名稱 序號 管腳說明 P1 口 1-8 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口 RST 9 復(fù)位信號輸入端，高電平有效 P3 口 10-17 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，有第二功能 XTAL2，XTAL1 18,19 時(shí)鐘引腳 GND 20 接地引腳 P2 口 21-28 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，與地址總線高8 位復(fù)用 PSEN 29 程序存儲器允許輸出控制端 ALE 30 地址鎖存允許信號（第二功能為片內(nèi)EPROM

41、編程脈沖輸入端 EA 31 內(nèi)外程序存儲器選擇控制端（第二功能為對片內(nèi)EPROM 固化編程的編程電壓輸入） P0 口 32-39 雙向8 位三態(tài)I/O 口，地址總線低8 位和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口 VCC 40 電源引腳（+5V） 表3-2 P3口第二功能定義 P3口引腳 第二功能 P3.0 RXD(串行口輸入端) P3.1 TXD(串行口輸出端) P3.2 INT0 (外部中斷0 輸入端) P3.3 INT1 (外部中斷1 輸入端) P3.4 T0(計(jì)數(shù)器0 計(jì)數(shù)輸入) P3.5 T1(計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)輸入) P3.6

42、 WR (外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”控制輸出信號) P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲器“讀”控制輸出信號) 3.1.2 TC35i模塊 Siemens 公司的TC35i 模塊主要由GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35 的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR 和EFR 語音信道編碼（外觀如圖2-2所示）。 圖2-2 TC35i GSM模塊 GSM 模塊可分為GSM 基帶處理器（Basedband Proc

43、essor）、無線收發(fā)模塊（Radio）、電源供給模塊（Power Supply ASIC）和FLASH 閃存幾部分，其結(jié)構(gòu)如圖2-3 所示。 圖2-3 TC35i 模塊功能結(jié)構(gòu)框圖 GSM 基帶處理器是GSM 模塊的核心，它集成了C166MCU 處理器內(nèi)核及DSP 內(nèi)核，MCU 及DSP程序和數(shù)據(jù)存儲器，可編程的系統(tǒng)時(shí)間發(fā)生器PLL，MCU 及DSP 定時(shí)器，脈沖載波調(diào)制輸出，串行RF 控制接口，兼容ISO-7816SIM 卡接口，數(shù)字和模擬語音濾波器和AD-DA 轉(zhuǎn)換器，電池電壓測量電路，電池環(huán)境溫度檢測電路，C51 及C52 密碼單元，GMSK 調(diào)節(jié)器，靜

44、、動態(tài)電源管理器等模塊。 無線收發(fā)模塊是建立在無線收發(fā)芯片SMARTI 基礎(chǔ)上，收發(fā)器由差分接收電路、非轉(zhuǎn)移調(diào)制環(huán)路傳送器、RF PLL 及IF 合成器、外置收發(fā)天線組成。 電源供給模塊為系統(tǒng)供電。GSM 引擎TC35i 所需直流電壓為3.3-4.4V，最大電流為2A（待機(jī)時(shí)電流很小，一般為3mA，但在發(fā)送語音、數(shù)據(jù)機(jī)短信時(shí)要很大的電流驅(qū)動，因此必須外加電源，額定電流至少2A）。 FLASH 存儲器存儲各種操作指令、數(shù)據(jù)及控制信息，掉電數(shù)據(jù)不丟失。模塊的供電電壓如果低于3.3V會自動關(guān)機(jī)。同時(shí)模塊在在發(fā)射時(shí)，電流峰值可高達(dá)2A。同時(shí)在此電流峰值時(shí)，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過

45、0.4V。所以該模塊對電源的要求較高，電源的內(nèi)阻+FFC聯(lián)接線的電阻必需小于200mΩ。 TC35i 接口電路如圖2-3 所示，只需利用單片機(jī)的RXD 和TXD 管腳對TC35i 進(jìn)行控制，就可完成短消息方式的數(shù)據(jù)傳輸。 TC35i 默認(rèn)的串行通信方式是8 位數(shù)據(jù)位，1 位停止位，無校驗(yàn)位，波特率在1.2KBit/s到115Kbit/s 之間自動可調(diào)。值得注意的是TC35i 管腳定義是針對外部連線，對于TC35i來說，TXD 是信號輸入腳，連接單片機(jī)的TXD；RXD 是信號輸出腳，連接單片機(jī)的RXD。 圖2-4 TC35i 接口電路結(jié)構(gòu)圖 AT 指令及PDU 工

46、作模式： 1. AT 指令簡介 控制器與GSM 模塊之間采用RS-232 連接，采用AT 指令實(shí)現(xiàn)相互間的通信。常用的一些短消息命令如表2-1所示。 表2-1 常用的短消息AT指令 AT命令 功能 AT+CSMS 選擇消息服務(wù)（支持GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB） AT+CMGF 設(shè)置短信息格式（1-TEXT 0-PDU） AT+CSCA 設(shè)置短信服務(wù)中心地址 AT+CMGD 刪除短消息 AT+CMGS 發(fā)送信息 AT+CMGR 讀取短消息 AT+CSAS 保存設(shè)置（保存+CSAS 和+CSMP 的參數(shù)） AT+CRES 恢復(fù)設(shè)置 AT+C

47、NMA 新信息確認(rèn)應(yīng)答 AT+CPMS 優(yōu)先信息存儲（定義用來讀寫信息的存儲區(qū)域） AT+CNMI 新信息指示（選擇如何從網(wǎng)絡(luò)上接收短信息） AT+CMGL 列出存儲的信息 2.PDU 包協(xié)議格式 用PDU 模式發(fā)送短消息數(shù)據(jù)包是以GSM03.04 規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的，其內(nèi)容依次為：短消息中心地址、PDU 類型、消息附注、目的地址、協(xié)議鑒別符、數(shù)據(jù)編碼表、數(shù)據(jù)保存期、用戶數(shù)據(jù)長度、用戶數(shù)據(jù)。 例如：發(fā)送信息“這是測試消息”給手機(jī)號碼為15831682091 的用戶，其PDU 字符串為： “0891683108401505F011000D91683138069123F500

48、08A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f”，具體分析見表2-2 表2-2 PDU編碼說明 分段 說明 08 表示短消息中心地址（SCA）長度，共8 個8 位字（包括91） 91 表示地址類型 685108401505F0 表示短消息中心地址（實(shí)為+8613800451500，F(xiàn) 為偶數(shù)補(bǔ)位） 11 表示頭地址與TP-RP|TP-UDHI|TP-SRR|TP-VPF|TP-RD|TP-MTI 對應(yīng) 00 表示對應(yīng)TP-MR 0D 表示短消息目標(biāo)用戶長度 91 目標(biāo)地址格式，用國際式號碼（前加“+”） 685138612890F1 表示目標(biāo)

49、用戶號碼（F 為偶數(shù)補(bǔ)位）15831682091 00 表示協(xié)議標(biāo)志，是普通GSM 類型，點(diǎn)對點(diǎn)方式 08 表示編碼方式，16 位Unicode 編碼 A9 表示短消息有效期 0C 表示用戶數(shù)據(jù)長度 8fd9662f6d4b8bd56d88606f 用戶數(shù)據(jù)Unicode 編碼（“這是測試消息”） （3）短消息工作模式 短消息是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會所制定ETSI 的一個規(guī)范，為了控制GSM MODEM 實(shí)現(xiàn)短消息服務(wù)，GSM 協(xié)議中提供了3 種接口協(xié)議，它們分別是BLOCK 模式、TEXT 模式和PDU 模式。 BLOCK 模式就是利用二進(jìn)制數(shù)據(jù)來控制移動終端設(shè)備

50、的短消息功能，但此模式復(fù)雜且不直觀，實(shí)用性差，目前使用較少；TEXT 模式是一種利用文本信息來控制移動終端設(shè)備短消息功能的接口協(xié)議，它主要用AT 命令集完成對終端設(shè)備的操作，直觀易用， 但需要多條AT 命令共同執(zhí)行來完成一次短消息操作，不方便；PDU 模式也是采用AT 命令集來控制移動終端設(shè)備的短消息功能，但它與TEXT 模式不同，它是在AT 命令集的 數(shù)據(jù)段中直接采用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）來完成短消息的控制，只需一條指令就能完成 整個短消息的處理過程。 如果用PDU 模式發(fā)送短消息數(shù)據(jù)包不包含短消息中心地址（SCA），則相應(yīng)的PDU 字符串為“0011000D9168313806

51、9123F50008A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f”，這里短消息中心地址SCA 長度為0，意味著使用AT+CSCA 命令設(shè)置SCA，在這種情況下PDU 字符串中沒有對應(yīng)SCA類型及短消息中心地址的字符串“91683108401505F0” 短消息的編碼方法及實(shí)現(xiàn): 短消息（SMS）是由ETSI 組織制定的一個規(guī)范（GSM03.40 和GSM03.38），當(dāng)使用7bits編碼時(shí)，最多可以發(fā)送160 個字符；當(dāng)使用8bits 編碼時(shí)，最多可以發(fā)送140 個字符；當(dāng)使用16bits 編碼時(shí)，最多可以發(fā)送70 個漢字字符。此文中采用16bits 的Unicode 編碼顯示

52、文本信息。 3.1.3 MQ-2傳感器 MQ-2/MQ-2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流?；倦娐啡鐖D3-2。 圖3-2 MQ-2基本電路

53、 3.1.4 FM-180指紋識別模塊 FM-180 亮背景光學(xué)頭指紋識別設(shè)備采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能DSP 處理器和FLASH 等芯片構(gòu)成，具有指紋圖像處理、模板提取、模板匹配、指紋搜索和模板存儲等項(xiàng)功能。 FM-180模塊與用戶設(shè)備通訊時(shí)，接口定義如表3-3所示。 表3-3 FM-180模塊引腳定義 引腳號 名稱 類型 功能描述 1 Vin In 電源正輸入端 2 TD Out 串行數(shù)據(jù)輸出（TTL電平） 3 RD In 串行數(shù)據(jù)輸入（TTL電平） 4 GND — 信號地 5 NC — 未定義懸空 指紋識別

54、模塊UART通信格式詳解： 指令/數(shù)據(jù)包共分為三類：包標(biāo)識=01 命令包；包標(biāo)識=02 數(shù)據(jù)包，且有后續(xù)包；包標(biāo)識=08 最后一個數(shù)據(jù)包，即結(jié)束包。所有的數(shù)據(jù)包都要加包頭：0xEF01。各指令/數(shù)據(jù)包格式分別如表3-4、表3-5、表3-6所示 表3-4 命令包格式 字節(jié)數(shù) 2 bytes 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byte … … 2 bytes 名稱 包頭 地址 包標(biāo)識 包長度 指令 參數(shù)1 ...... 參數(shù)n 校驗(yàn)和 內(nèi)容 0XEF01 xxxx 01 N= 表3-5 數(shù)

55、據(jù)包格式 字節(jié)數(shù) 2 bytes 4 bytes 1 byte 2 bytes N bytes… 2 bytes 名稱 包頭 芯片地址 包標(biāo)識 包長度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)和 內(nèi)容 0XEF01 xxxx 02 表3-6 結(jié)束包格式 字節(jié)數(shù) 2 bytes 4 bytes 1 byte 2 bytes N bytes… 2 bytes 名稱 包頭 芯片地址 包標(biāo)識 包長度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)和 內(nèi)容 0XEF01 xxxx 08 指令應(yīng)答應(yīng)答是將有關(guān)命令執(zhí)行情況與結(jié)果上報(bào)給上位機(jī)，應(yīng)答包含有參數(shù)，并可

56、跟后續(xù)數(shù)據(jù)包。上位機(jī)只有在收到SOC 的應(yīng)答包后才能確認(rèn)SOC 收包情況與指令執(zhí)行情況。指令應(yīng)答包格式如表3-7所示。 表3-7 應(yīng)答包格式 2bytes 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byte N bytes 2 bytes 0XEF01 芯片地址 包標(biāo)識07 包長度 確認(rèn)碼 返回參數(shù) 校驗(yàn)和 常用應(yīng)答包確認(rèn)碼如下： 1. 00h：表示指令執(zhí)行完畢或OK； 2.01h：表示數(shù)據(jù)包接收錯誤； 3. 02h：表示傳感器上沒有手指； 4. 03h：表示錄入指紋圖像失敗； 5. 04h：表示指紋圖像太干、太淡而生不成特征； 6. 0

57、5h：表示指紋圖像太濕、太糊而生不成特征； 7. 06h：表示指紋圖像太亂而生不成特征； 8. 07h：表示指紋圖像正常，但特征點(diǎn)太少（或面積太?。┒怀商卣?； 9. 08h：表示指紋不匹配； 10. 09h：表示沒搜索到指紋； 11. 0ah：表示特征合并失敗； 12. 0bh：表示訪問指紋庫時(shí)地址序號超出指紋庫范圍； 13. 0ch：表示從指紋庫讀模板出錯或無效； 14. 0dh：表示上傳特征失??； 15. 0eh：表示模塊不能接受后續(xù)數(shù)據(jù)包； 16. 0fh：表示上傳圖像失??； 17. 10h：表示刪除模板失敗； 18. 11h：表示清空指紋庫失??； 19.

58、12h：表示不能進(jìn)入低功耗狀態(tài)； 3.1.5 ULN2003 高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列—ULN2003，是布進(jìn)電動機(jī)的電流驅(qū)動芯片。由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。其方框圖如下圖3-3所示。 圖3-3 ULN2003框圖 3.2 STC89C52最小系統(tǒng)電路 系統(tǒng)采用

59、STC89C52作為MCU，其最小系統(tǒng)電路圖如圖3-4所示。 圖3-4 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 3.3 窗戶、窗簾控制電路 由于窗戶、窗簾的開啟與關(guān)閉需要電動機(jī)得到一定的控制，直流電動機(jī)不易控制好所需轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，而步進(jìn)電動機(jī)能夠通過程序控制其所轉(zhuǎn)圈數(shù)精確到度。本設(shè)計(jì)采用5V步進(jìn)馬達(dá)作為窗戶、窗簾的控制器。ULN2003（DIP封裝）作為步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動芯片。控制電路如圖3-5所示。 圖3-5 窗戶、窗簾控制電路 3.4 燈光調(diào)節(jié)電路 智能家居燈光系統(tǒng)利用8只LED燈（F3圓頭白光，3mm白色LED直插發(fā)光二極管）進(jìn)行模擬，其與單片機(jī)的連接電路如圖3-6所示。 圖3-6

60、 燈光連接電路 燈光調(diào)節(jié)電路中光敏電阻將光線強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)化電阻值的變化，通過電路又可以將 其轉(zhuǎn)換為電路電壓的變化[7]。通過AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0804（DIP封裝）將模擬電路電壓變化量轉(zhuǎn)化為數(shù)字變化量輸入單片機(jī)接口。單片機(jī)內(nèi)部通過程序設(shè)置兩個閾值，當(dāng)光線強(qiáng)度過強(qiáng)或較弱時(shí)，智能控制8盞LED燈的亮滅數(shù)目。燈光調(diào)節(jié)電路如圖3-7所示。 圖3-7 燈光調(diào)節(jié)電路 3.5 煙霧傳感器電路 煙霧傳感器電路如圖3-8所示。MQ-2檢測室內(nèi)煙霧濃度的變化而引起阻值的變化，從而引起NPN基極電壓的變化，再經(jīng)過NPN放大電路進(jìn)行放大傳送至單片機(jī)進(jìn)行控制。 圖3-8 煙霧傳感器電路

61、 3.6家用電器模擬電路 圖中直流電機(jī)模擬排風(fēng)系統(tǒng)，用戶可以通過短信控制排風(fēng)系統(tǒng)的啟動與關(guān)閉。當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)煤氣泄漏時(shí)，單片機(jī)會控制繼電器閉合打開排風(fēng)系統(tǒng)并發(fā)送短信告知用戶。 圖3-9 家用電器模擬電路 3.7 指紋識別電路 本設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)以指紋識別模塊為核心，指紋模塊與單片機(jī)的連接電路如圖3-10所示。 圖3-10 指紋模塊與單片機(jī)連接電路 如圖3-11所示：KEY1為指紋刪除按鍵，KEY2為模式切換按鍵，KEY3錄入確認(rèn)按鍵。當(dāng)要往系統(tǒng)中錄入指紋時(shí)，按下KEY2鍵切換到指紋錄入模式，此時(shí)模式指示燈電路（圖3-12） D2燈亮。手指接觸指紋傳感器界面，按下

62、KEY3鍵錄取當(dāng)前指紋，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)中錄取的指紋數(shù)量。按下KEY2鍵切換到指紋識別電路，此時(shí)圖3-12中D3燈亮。 圖3-11 指紋錄入電路 圖3-12 模式指示燈電路 3.9 本章小結(jié) 本章根據(jù)智能家居系統(tǒng)整體硬件電路框圖，設(shè)計(jì)了STC89C52最小系統(tǒng)電路、窗戶、窗簾控制電路、燈光調(diào)節(jié)電路、煙霧傳感器電路、家用電器模擬電路、指紋識別電路，能實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)家電控制功能、家居安防功能、家居監(jiān)控功能。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第三章設(shè)計(jì)了各個功能模塊的硬件電路，本章將介紹各個功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)。程序采用C語言編程。其中單片機(jī)與GSM模塊和指紋識別模塊是以指令

63、集的形式進(jìn)行通信。 本設(shè)計(jì)采用順序執(zhí)行的方式將各個軟件子模塊置于主程序的大循環(huán)中。當(dāng)有外部觸發(fā)時(shí)能進(jìn)入相應(yīng)的子程序執(zhí)行相應(yīng)的功能。系統(tǒng)軟件總設(shè)計(jì)流程如圖4-1所示。 圖4-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 各模塊的軟件程序設(shè)計(jì)如一下小節(jié)所示。 4.1 短消息發(fā)送程序設(shè)計(jì) TC35i 模塊支持8 位數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗(yàn)位,1 位停止位數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率可以在 4.8kbit/s 到115kbit/s 間自適應(yīng)。對TC35 模塊控制,IGT 信號非常地重要,只有正確的IGT信號才可以使TC35 模塊正常地運(yùn)行。IGT 的下降沿啟動TC35,并且IGT 的低電平應(yīng)該至少保持100ms。 單

64、片機(jī)對TC35i 模塊的控制采用AT指令。單片機(jī)可以通過正確的AT 指令對TC35i 模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。對短消息的控制共有三種模式:Block 模式、PDU 模式和Text 模式。使用Block 模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動支持。目前,PDU 模式 已取代Block 模式,而Text 模式不支持中文,因此本系統(tǒng)使用PDU 模式進(jìn)行短消息的發(fā)送。單片機(jī)通過以下系列AT 指令對短消息進(jìn)行控制。 TC35i 初始化：首先設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=1,設(shè)置1 代表PDU 模式,是回車符號,也就是0x0d。指令正確則模塊返回OK,

65、RLF>是回車換行符號。其次設(shè)置短消息中心AT+CSCA=d+8613800531500d( 短消息中心), 設(shè)置正確則模塊返回OK。注意短消息中心號碼可能會因不同手機(jī)或不同區(qū)域而不同。用PDU 模式發(fā)送短消息,則首先發(fā)送短消息數(shù)據(jù)長度。AT+CMGS=。等待TC35模塊返回ASCII 字符/>0,則可以將PDU 數(shù)據(jù)輸入,PDU 數(shù)據(jù)以(也就是0x1a)作為結(jié)束符。短消息發(fā)送成功,模塊返回OK。發(fā)送數(shù)據(jù)格式例如，需要發(fā)送漢字“一氧化碳的濃度超標(biāo)，排氣扇已打開”到手機(jī)15831682091,則首先發(fā)送數(shù)據(jù)串A

66、T+CMGS=16,然后等待ASCII 字符/>0,然后輸入PDU 數(shù)據(jù)。 短消息發(fā)送是將待發(fā)送的短消息內(nèi)容發(fā)送到目的地址，發(fā)送過程首先經(jīng)歷賦值過程，即將對方號碼及待發(fā)送的消息內(nèi)容賦給交換變量；其次經(jīng)歷數(shù)據(jù)處理過程，即將交換變 量中的信息處理成為PDU 串；最后經(jīng)歷AT 命令調(diào)用過程，即利用AT 命令將待發(fā)送 的PDU 串通過串口發(fā)送出去。對于編好的PDU 串，可通過相應(yīng)的AT 命令來實(shí)現(xiàn)短 消息的發(fā)送。用來實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送的AT 命令是AT + CMGS。短消息發(fā)送流程圖如圖4-2 所示。 圖4-2 短消息發(fā)送模塊流程圖 發(fā)送短消息的部分軟件設(shè)計(jì)如下： 發(fā)送英文短信關(guān)鍵程序代碼 void send_sms(){ //發(fā)送短信 uchar j=1,i=1; Send_AT_Command(SIM_ID); switch(sms_tmp){ case smss_save: // 發(fā)送英文 TMP_BUF=0; do｛ para_temp[TMP_BUF]=TEL_tem