智能家居系統(tǒng) 論文

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(jí)： 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)生姓名謝振峰學(xué)院名稱電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)通信082課題類型模擬課題課題意義目前，國(guó)內(nèi)外各種類的智能家居產(chǎn)品越來(lái)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(guó)，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(wú)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12周 開(kāi)題、文獻(xiàn)查閱、調(diào)研第35周 熟悉TC35i模塊第69周 單片機(jī)與TC35i模塊的通信第1012周 煙霧傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)第1314周 各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)第1516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):6106112 徐方榮.無(wú)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):24273 張?jiān)?熊承燕.基于GSM的短消息業(yè)務(wù)協(xié)議分析.無(wú)線通信技術(shù)，2001,2 (10):3440 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(cè)量技術(shù)，2009,32(1):89915 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，2004,20(2):3035起止日期2012.3.18-2012.6.18備注院長(zhǎng) 教研室主任 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)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(jí)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(guó)內(nèi)外研究情況、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義： 目前，國(guó)內(nèi)外各種類的智能家居產(chǎn)品越來(lái)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(guó)，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(wú)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(cè)模塊、指紋識(shí)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：起止日期主要內(nèi)容預(yù)期結(jié)果第12周第35周第69周第1012周第1314周第1516周開(kāi)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(jiàn)指導(dǎo)教師： 年 月 日學(xué)院意見(jiàn)主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 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(jí)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(kāi)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2012.3.22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(shí)別的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)2012.4.19對(duì)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(gè)功能模塊的軟件代碼2012.5.15對(duì)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(duì)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(píng)閱表（設(shè)計(jì)類）畢業(yè)設(shè)計(jì)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)生班級(jí)通信082指導(dǎo)教師姓名王金海評(píng)審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)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(wèn)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(shí)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(shuō)明書（論文）設(shè)計(jì)圖紙（插圖）簡(jiǎn)潔、規(guī)范、無(wú)差錯(cuò)，設(shè)計(jì)欄目齊全合理，能正確使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)單位。15設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，表達(dá)清楚，文字通順，用語(yǔ)正確，基本無(wú)錯(cuò)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(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算及處理正確無(wú)差錯(cuò)，對(duì)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(jiàn)及建議評(píng)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(jī)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(jí)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(píng)語(yǔ)及成績(jī)：成績(jī)： 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(huì)評(píng)語(yǔ)及成績(jī)：成績(jī)：答辯主席（或組長(zhǎng)）簽字： 年 月 日3畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總成績(jī)：a.指導(dǎo)教師給定成績(jī)b.評(píng)閱教師給定成績(jī)c.畢業(yè)答辯成績(jī)總成績(jī)(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要GSM 網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)，用戶無(wú)需另外組網(wǎng)，對(duì)用戶的數(shù)量沒(méi)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，利用GSM 短信息系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)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(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。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(guò)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(guò)單片機(jī)控制各個(gè)功能模塊從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(gè)系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是彼此相互聯(lián)系，融合為一個(gè)統(tǒng)一的整體，并相互響應(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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，順利實(shí)現(xiàn)了手機(jī)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)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)ABSTRACTWith 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-saving 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 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 design 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 architecture 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11.1 課題背景11.2 智能家居控制系統(tǒng)概述31.3 課題研究的目的及意義41.4 本論文研究的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)51.5 本章小結(jié)5第二章 GSM智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.1 智能家居系統(tǒng)需求分析62.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析72.3 本章小結(jié)7第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1 相關(guān)芯片及模塊83.1.1 STC89C52RC93.1.2 TC35i模塊103.1.3 MQ-2傳感器143.1.4 FM-180指紋識(shí)別模塊153.1.5 ULN2003173.2 STC89C52最小系統(tǒng)電路173.3 窗戶、窗簾控制電路183.4 燈光調(diào)節(jié)電路183.5 煙霧傳感器電路193.6家用電器模擬電路203.7 指紋識(shí)別電路203.9 本章小結(jié)21第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1 短消息發(fā)送程序設(shè)計(jì)224.2 煤氣檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)244.3 燈光控制模塊軟件設(shè)計(jì)254.4 指紋識(shí)別模塊軟件設(shè)計(jì)274.5 本章小結(jié)28第五章 智能家居系統(tǒng)測(cè)試295.1 測(cè)試目的與目標(biāo)295.2 測(cè)試方案295.3 測(cè)試平臺(tái)305.4 基于GSM網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)測(cè)試315.4.1 燈光控制系統(tǒng)測(cè)試315.4.2 煤氣報(bào)警電路測(cè)試315.4.3 指紋識(shí)別系統(tǒng)測(cè)試325.5 測(cè)試結(jié)論32結(jié)束語(yǔ)33參考文獻(xiàn)34附 錄 一35附 錄 二36附 錄 三39外文資料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(lái)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(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來(lái)越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全與便利。而智能家居是一個(gè)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(gè)性化需求，通過(guò)統(tǒng)一的家庭管理平臺(tái)，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(chǎng)需求的角度來(lái)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。智能家居可以定義為一個(gè)過(guò)程或一個(gè)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(dòng)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，目前GSM網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋全國(guó)，GSM移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商之間競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，使得手機(jī)在全國(guó)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(duì)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(cè)功能的優(yōu)勢(shì)比較明顯。智能家居已成為現(xiàn)代家庭裝修的大勢(shì)所趨。同事，可以預(yù)見(jiàn)在將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)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(guó)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(duì)智能化家居生活的需求也逐漸增大。越來(lái)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(dòng)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(lái)，世界各國(guó)的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速，近十年來(lái)，中國(guó)的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長(zhǎng)。1997 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(wàn)戶，移動(dòng)電話用戶達(dá)到40407.2 萬(wàn)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(dòng)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(shì)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(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)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(guò)手機(jī)在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對(duì)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(kāi)、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(gè)簡(jiǎn)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GSM 終端（手機(jī)）之間，通過(guò)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(chǔ)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(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)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(lái)。由于GSM 網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)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(wú)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(duì)用戶的數(shù)量也沒(méi)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，加上GSM 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(wú)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(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。在此以GSM 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲(chǔ)蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無(wú)人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動(dòng)通信基站、微波站、光纖中繼站等）及其他無(wú)人值守點(diǎn)（如倉(cāng)庫(kù)、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(lái)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(wú)線通信GSM 模塊TC35i，它設(shè)計(jì)小巧、功耗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(huì)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(huì)在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會(huì)、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(duì)家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個(gè)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(guó)，它是以家為平臺(tái)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(chǎng)總線、公共電話網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺(tái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)總線為應(yīng)用操作平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)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(guò)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(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來(lái)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(wú)線收發(fā)器、各種探測(cè)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(gè)方面：1. 照明控制傳統(tǒng)的機(jī)械式電燈開(kāi)關(guān)從明裝式到暗裝式，其發(fā)展只是外形結(jié)構(gòu)的改變，其功能單一使用不便。于是出現(xiàn)了調(diào)光開(kāi)關(guān)、單通道和多通道紅外開(kāi)關(guān)、無(wú)線開(kāi)關(guān)，但因這些各種各樣電子開(kāi)關(guān)都有各自的局限性，不能取代傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)15。智能住宅控制系統(tǒng)的照明控制部分可對(duì)白熾燈、熒光燈、和各種新燈具進(jìn)行開(kāi)、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(dòng)程序控制。即可對(duì)單個(gè)燈光照明點(diǎn)進(jìn)行控制，有可對(duì)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(kāi)關(guān)。2. 電器控制現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)電器時(shí)代，家中的各種電器越來(lái)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(duì)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、時(shí)間、室內(nèi)燈光差等因素自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)、閉或用遙控手動(dòng)控制。能通過(guò)手機(jī)對(duì)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(duì)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(gè)過(guò)程或者一個(gè)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(guò)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(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，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(jiǎn)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(gè)功能模塊硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。本論文的主要組織安排結(jié)構(gòu)如下：第一章緒論，簡(jiǎn)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(gè)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。1.5 本章小結(jié)本章首先講敘了基于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(gè)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(duì)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(guò)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(guò)手機(jī)發(fā)送短信控制命令給GSM接收終端模塊時(shí)，對(duì)燈光開(kāi)啟、關(guān)閉進(jìn)行相應(yīng)控制，且燈光系統(tǒng)具有自動(dòng)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(guò)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(duì)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)電機(jī)和直流小電動(dòng)機(jī)模擬家電和窗簾控制器。3.環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)燃?xì)飧袘?yīng)傳感器監(jiān)測(cè)居室環(huán)境，當(dāng)指標(biāo)超出設(shè)定值時(shí)，報(bào)警信號(hào)會(huì)通過(guò)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)作出處理，如遠(yuǎn)程打開(kāi)窗戶、啟動(dòng)排風(fēng)設(shè)備等等。4.智能安防安防系統(tǒng)中裝有指紋識(shí)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(guò)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(duì)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(guò)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(cè)到室內(nèi)煤氣濃度變化，單片機(jī)控制電路檢測(cè)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(duì)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(gè)功能模塊，用戶通過(guò)手機(jī)發(fā)送短信控制指令控制各個(gè)功能模塊。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第二章通過(guò)對(duì)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(shí)別模塊、STC89C52、MQ-2煙霧傳感器、ULN2003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片等。3.1.1 STC89C52RCSTC89C52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(chǔ)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 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(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。STC89C52RC 還有一個(gè)重要特點(diǎn)在于它可以在線編程，無(wú)需專用編程器，可通過(guò)串口（P3.0和P3.1）直接下載用戶程序，在編程調(diào)試過(guò)程中尤為方便。STC89C52RC 的管腳和MCS-51 系列單片機(jī)兼容，各管腳功能見(jiàn)表3-1，其中P3 口的第二功能單獨(dú)列出，見(jiàn)表3-2。表3-1 單片機(jī)管腳功能名稱序號(hào)管腳說(shuō)明P1 口 1-88 位準(zhǔn)雙向I/O 口RST 9復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效P3 口 10-178 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 21-288 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(chǔ)器允許輸出控制端ALE 30地址鎖存允許信號(hào)（第二功能為片內(nèi)EPROM 編程脈沖輸入端EA 31內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端（第二功能為對(duì)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P3.0RXD(串行口輸入端)P3.1TXD(串行口輸出端)P3.2INT0 (外部中斷0 輸入端)P3.3INT1 (外部中斷1 輸入端)P3.4T0(計(jì)數(shù)器0 計(jì)數(shù)輸入)P3.5T1(計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)輸入)P3.6WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”控制輸出信號(hào))P3.7RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”控制輸出信號(hào))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(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，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(yǔ)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 Processor）、無(wú)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(chǔ)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(yǔ)音濾波器和AD-DA 轉(zhuǎn)換器，電池電壓測(cè)量電路，電池環(huán)境溫度檢測(cè)電路，C51 及C52 密碼單元，GMSK 調(diào)節(jié)器，靜、動(dòng)態(tài)電源管理器等模塊。無(wú)線收發(fā)模塊是建立在無(wú)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(yǔ)音、數(shù)據(jù)機(jī)短信時(shí)要很大的電流驅(qū)動(dòng)，因此必須外加電源，額定電流至少2A）。FLASH 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(huì)自動(dòng)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(guò)0.4V。所以該模塊對(duì)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200m。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(duì)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(wú)校驗(yàn)位，波特率在1.2KBit/s到115Kbit/s 之間自動(dòng)可調(diào)。值得注意的是TC35i 管腳定義是針對(duì)外部連線，對(duì)于TC35i來(lái)說(shuō)，TXD 是信號(hào)輸入腳，連接單片機(jī)的TXD；RXD 是信號(hào)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 工作模式：1. AT 指令簡(jiǎn)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A(yù)T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+CNMA新信息確認(rèn)應(yīng)答AT+CPMS優(yōu)先信息存儲(chǔ)（定義用來(lái)讀寫信息的存儲(chǔ)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(chǔ)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(zhǎng)度、用戶數(shù)據(jù)。 例如：發(fā)送信息“這是測(cè)試消息”給手機(jī)號(hào)碼為15831682091 的用戶，其PDU 字符串為：“0891683108401505F011000D91683138069123F50008A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f”，具體分析見(jiàn)表2-2表2-2 PDU編碼說(shuō)明分段說(shuō)明08表示短消息中心地址（SCA）長(zhǎng)度，共8 個(gè)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(duì)應(yīng)00表示對(duì)應(yīng)TP-MR0D表示短消息目標(biāo)用戶長(zhǎng)度91目標(biāo)地址格式，用國(guó)際式號(hào)碼（前加“+”）685138612890F1表示目標(biāo)用戶號(hào)碼（F 為偶數(shù)補(bǔ)位）1583168209100表示協(xié)議標(biāo)志，是普通GSM 類型，點(diǎn)對(duì)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(zhǎng)度8fd9662f6d4b8bd56d88606f用戶數(shù)據(jù)Unicode 編碼（“這是測(cè)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(huì)所制定ETSI 的一個(gè)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(lái)控制移動(dòng)終端設(shè)備的短消息功能，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(lái)控制移動(dòng)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(duì)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(lái)完成一次短消息操作，不方便；PDU 模式也是采用AT 命令集來(lái)控制移動(dòng)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(lái)完成短消息的控制，只需一條指令就能完成整個(gè)短消息的處理過(guò)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“0011000D91683138069123F50008A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f”，這里短消息中心地址SCA 長(zhǎng)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(méi)有對(duì)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(gè)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(gè)字符；當(dāng)使用8bits 編碼時(shí)，最多可以發(fā)送140 個(gè)字符；當(dāng)使用16bits 編碼時(shí)，最多可以發(fā)送70 個(gè)漢字字符。此文中采用16bits 的Unicode 編碼顯示文本信息。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(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)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只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流?；倦娐啡鐖D3-2。圖3-2 MQ-2基本電路3.1.4 FM-180指紋識(shí)別模塊FM-180 亮背景光學(xué)頭指紋識(shí)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(chǔ)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(hào)名稱類型功能描述1VinIn電源正輸入端2TDOut串行數(shù)據(jù)輸出（TTL電平）3RDIn串行數(shù)據(jù)輸入（TTL電平）4GND信號(hào)地5NC未定義懸空指紋識(shí)別模塊UART通信格式詳解：指令/數(shù)據(jù)包共分為三類：包標(biāo)識(shí)=01 命令包；包標(biāo)識(shí)=02 數(shù)據(jù)包，且有后續(xù)包；包標(biāo)識(shí)=08 最后一個(gè)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 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte 2 bytes名稱包頭地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令參數(shù)1.參數(shù)n校驗(yàn)和內(nèi)容0XEF01xxxx01N=表3-5 數(shù)據(jù)包格式字節(jié)數(shù)2 bytes4 bytes1 byte2 bytesN bytes2 bytes名稱包頭芯片地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和內(nèi)容0XEF01xxxx02表3-6 結(jié)束包格式字節(jié)數(shù)2 bytes4 bytes1 byte2 bytesN bytes2 bytes名稱包頭芯片地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和內(nèi)容0XEF01xxxx08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2bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byteN bytes2 bytes0XEF01芯片地址包標(biāo)識(shí)07包長(zhǎng)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(cuò)誤；3. 02h：表示傳感器上沒(méi)有手指；4. 03h：表示錄入指紋圖像失??；5. 04h：表示指紋圖像太干、太淡而生不成特征；6. 05h：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(méi)搜索到指紋；11. 0ah：表示特征合并失??；12. 0bh：表示訪問(wèn)指紋庫(kù)時(shí)地址序號(hào)超出指紋庫(kù)范圍；13. 0ch：表示從指紋庫(kù)讀模板出錯(cuò)或無(wú)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：表示上傳圖像失敗；17. 10h：表示刪除模板失??；18. 11h：表示清空指紋庫(kù)失敗；19. 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(dòng)機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)芯片。由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)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(lái)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(kāi)啟與關(guān)閉需要電動(dòng)機(jī)得到一定的控制，直流電動(dòng)機(jī)不易控制好所需轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠通過(guò)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(dòng)芯片?？刂齐娐啡鐖D3-5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 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(guò)電路又可以將其轉(zhuǎn)換為電路電壓的變化7。通過(guò)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(guò)程序設(shè)置兩個(gè)閾值，當(dāng)光線強(qiáng)度過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)短信控制排風(fēng)系統(tǒng)的啟動(dòng)與關(guān)閉。當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)煤氣泄漏時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制繼電器閉合打開(kāi)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(shí)別電路本設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)以指紋識(shí)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(shí)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(shí)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(gè)功能模塊的硬件電路，本章將介紹各個(gè)功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)。程序采用C語(yǔ)言編程。其中單片機(jī)與GSM模塊和指紋識(shí)別模塊是以指令集的形式進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)采用順序執(zhí)行的方式將各個(gè)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(wú)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(duì)TC35 模塊控制,IGT 信號(hào)非常地重要,只有正確的IGT信號(hào)才可以使TC35 模塊正常地運(yùn)行。IGT 的下降沿啟動(dòng)TC35,并且IGT 的低電平應(yīng)該至少保持100ms。單片機(jī)對(duì)TC35i 模塊的控制采用AT指令。單片機(jī)可以通過(guò)正確的AT 指令對(duì)TC35i模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。對(duì)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(dòng)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(guò)以下系列AT 指令對(duì)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<CR>,設(shè)置1 代表PDU 模式,<CR>是回車符號(hào),也就是0x0d。指令正確則模塊返回<CRLF>OK<CRLF>,<CRLF>是回車換行符號(hào)。其次設(shè)置短消息中心AT+CSCA=d+8613800531500d( 短消息中心)<CR>, 設(shè)置正確則模塊返回<CRLF>OK<CRLF>。注意短消息中心號(hào)碼可能會(huì)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(zhǎng)度。AT+CMGS=<length><CR>。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<Z>(也就是0x1a)作為結(jié)束符。短消息發(fā)送成功,模塊返回<CRLF>OK<CRLF>。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(kāi)”到手機(jī)15831682091,則首先發(fā)送數(shù)據(jù)串AT+CMGS=16<CR>,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(guò)程首先經(jīng)歷賦值過(guò)程，即將對(duì)方號(hào)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(guò)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(guò)程，即利用AT 命令將待發(fā)送的PDU 串通過(guò)串口發(fā)送出去。對(duì)于編好的PDU 串，可通過(guò)相應(yīng)的AT 命令來(lái)實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送。用來(lái)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_tempTMP_BUF=TEL_tem