一种智能家庭监控系统的设计

2011-05-04 10:07:34来源: 互联网

    摘要:介绍了一种基于MCU控制的智能家庭监控系统的硬件电路及软件设计。MCU通过UART与TC35i生行通信,并控制TC35iNGSM网络模块收发SMS短消息,从而实现家庭安全监控与报警、家用电器自动化控制等功能。
关键词:智能家庭系统;GSM模块;TC35i

0 引言
    智能家庭系统,也被称为智能家居系统(Intelligent Home System),是一种开放的、使用了多项高新技术的智能化、人本化的集成系统,它把宽带互联网、家电设备、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起。GSM(Global System for Mobile Communications,全球移动通信系统)是基于时分多址技术的移动通信体制中较为成熟、完善、应用广泛的一种系统。GSM系统集中了现代信源编码技术、信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术、话音编码技术以及慢调频技术,同时在系统中引入了大量计算机控制和管理,因而保证了数据传输的正确性、安全性和可靠性。SMS(Short Message Service)短消息业务是GSM提供的一种不需要建立端到端连接的业务,是GSM中最简单,最方便的数据通信方式。
    本文介绍了一种基于MCU(微控制单元)控制的智能家庭监控系统的硬件电路及软件设计。MCU通过UART(Universal Asynchronous Recei-ver Transmitter,通用异步收发器)向TC35i发送AT指令,利用GSM网络模块的SMS短信业务,实现家庭安全智能监控与报警、家用电器自动控制等功能。

1 智能家庭监控系统硬件设计
1.1 TC35i简介
    西门子公司的TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM 900MHz和1800MHz双频段,可以传输语音和数据信号。  TC35i的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s~115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF(零插拔力)连接器、天线接口等6部分组成。TC35i模块有40个引脚,通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。
1.2 硬件原理框图
    本系统主要由监控装置、家用电器控制装置、MCU和通信模块TC35i组成,其系统结构如图1所示。系统的工作原理是:将系统分成监测和控制两大类,当系统开始运行时,MCU一边侦听监测端口的报警信号,一边等待接收从GSM网络传来的短信控制指令。当系统的监控传感器发现危险情况,立即触发MCU的外部中断,然后MCU将向TC35i发送AT指令,从而控制TC35i向指定的移动用户发送预先存储在SIM卡中的报警短信。当TC35i模块接收到用户发来的短信时,会触发MCU的串行中断,MCU立即读取接收到的短信并进行解析处理,当判断是否包含有效的控制命令后,再对家用电器控制装置进行相应的控制。


1.3 系统硬件电路设计
    系统的正常运行需要各种外围电路的配合,按照功能可分为电源模块、通信模块、系统外围扩展模块、系统运行状态指示模块。限于篇幅的关系,这里主要介绍通信模块,其它模块在此不再赘述。

通信模块主要完成MCU、TC35i和SIM卡之间的连接和控制功能,如图2所示。本设计选用的MCU是AT89C51,它具有4k bytes的只读程序存储器(ROM),128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个可编程I/O口线,2个16位定时/计数器,6个中断源以及1个全双工串行口。在本系统中,AT89C51的P1.3脚为TC35i的启动脚,P0口为监控端口,P2口为家用电器控制端口,串行输入/输出口(P3.0/P3.1)与TC35i的输出/输入脚相连。具体的工作流程将在软件设计部分中详细介绍。
    图2通信模块电路图

2 软件设计与实现
    在使用系统前,需要准备好一张已经开通的GSM网SIM卡,可以向当地的移动或联通营业厅申请办理。办好SIM卡后,先在手机终端上向SIM卡中保存报警的目的手机号码,再保存欲发送的报警短信内容。将设置好的SIM卡装入TC35i并上电后,系统即可以按程序设计的流程运行。程序主要由三部分代码组成:TC35i初始化模块、监测报警分支程序、家电控制分支程序,程序流程图如图3所示。

2.1 主程序
    系统开机运行后,需要先对MCU的波特率、定时器、中断端口进行初始化设置。TC35i的数据接口采用串行异步收发,数据接口的配置为8位数据、1位停止位、无校验位、默认波特率为9600b/s。MCU设置完毕后,再对TC35i进行初试化,确定串口通信正常后,再进入检测端口的侦听以及等待控制信息的接收。
2.2 TC35i模块初始化
    在系统上电后,MC需要先通过串行通信口对TC35i发送AT握手指令,如果TC35i能够回复字符串“OK”,说明TC35i的GSM模块以及串行通信接口都能够正常运行。然后再向TC35i发送AT指令,设置短信到达提醒方式为不存储在SlM卡上,直接发送给MCU进行处理;设置短信模式为TEXT模式。
2.3 监测报警分支程序
    当MCU和TC35i初始化设置完毕以后,系统进入等待状态。当侦测端口接收到各监控装置发送来的信号后,触发MCU的外部中断,然后进行对信号的分析处理,再向TC35i发送AT指令,控制其向目的手机发送预先设定好的报警短信息。
2.4 家电控制分支程序
    当TC35i接收到短信后,触发MCU的串口中断,然后由MCU读取短信内容,并对其进行分析处理。如果发现短信中包含合法的有效信息,将会启动相应的家用电器的继电器,确定启动完毕后,将短信删除。如果MCU分析短信内容时,没有发现有效的控制指令,该条短信将会被直接删除。由于SIM卡的存储空间有限,当SIM卡的短信存储满后,将无法接收其他短信,所以需要及时清除掉过期短信,保证用户的控制指令能够及时得到正确的处理。
2.5 AT指令
    本设计主要是通过MCU向TC35i发送AT指令以实现TC35i的初始化设置以及短信的发送与读取工作,表l为本系统所使用到的AT指令及其功能。

3 结束语
    GSM网络具有覆盖广、稳定性好的优点,而SMS短消息传输费用低廉,实用性高,非常适合作为一种无线数据双向传送、无线远程监测和控制的解决方案。本系统结构简单、使用方便、稳定性高、成本便宜,非常适合普通家庭用户使用。而且此系统可扩展性好,可以扩展为其它小型自动化系统,具有一定的实用意义。

关键字:设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0504/article_5793.html
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