一種智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于MCU控制的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路及軟件設(shè)計(jì)。MCU通過(guò)UART與TC35i生行通信，并控制TC35iNGSM網(wǎng)絡(luò)模塊收發(fā)SMS短消息，從而實(shí)現(xiàn)家庭安全監(jiān)控與報(bào)警、家用電器自動(dòng)化控制等功能。
關(guān)鍵詞：智能家庭系統(tǒng)；GSM模塊；TC35i

0 引言
    智能家庭系統(tǒng)，也被稱(chēng)為智能家居系統(tǒng)(Intelligent Home System)，是一種開(kāi)放的、使用了多項(xiàng)高新技術(shù)的智能化、人本化的集成系統(tǒng)，它把寬帶互聯(lián)網(wǎng)、家電設(shè)備、家居自動(dòng)化和家庭安全防護(hù)防盜有機(jī)地結(jié)合到一起。GSM(Global System for Mobile Communications，全球移動(dòng)通信系統(tǒng))是基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中較為成熟、完善、應(yīng)用廣泛的一種系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)、信道編碼、交織、均衡技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、話音編碼技術(shù)以及慢調(diào)頻技術(shù)，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了大量計(jì)算機(jī)控制和管理，因而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性。SMS(Short Message Service)短消息業(yè)務(wù)是GSM提供的一種不需要建立端到端連接的業(yè)務(wù)，是GSM中最簡(jiǎn)單，最方便的數(shù)據(jù)通信方式。
    本文介紹了一種基于MCU(微控制單元)控制的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路及軟件設(shè)計(jì)。MCU通過(guò)UART(Universal Asynchronous Recei-ver Transmitter，通用異步收發(fā)器)向TC35i發(fā)送AT指令，利用GSM網(wǎng)絡(luò)模塊的SMS短信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)家庭安全智能監(jiān)控與報(bào)警、家用電器自動(dòng)控制等功能。

1 智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 TC35i簡(jiǎn)介
    西門(mén)子公司的TC35i模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，工作在EGSM 900MHz和1800MHz雙頻段，可以傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。  TC35i的數(shù)據(jù)接口通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b／s～115kb／s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF(零插拔力)連接器、天線接口等6部分組成。TC35i模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類(lèi)，即電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。
1．2 硬件原理框圖
    本系統(tǒng)主要由監(jiān)控裝置、家用電器控制裝置、MCU和通信模塊TC35i組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的工作原理是：將系統(tǒng)分成監(jiān)測(cè)和控制兩大類(lèi)，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，MCU一邊偵聽(tīng)監(jiān)測(cè)端口的報(bào)警信號(hào)，一邊等待接收從GSM網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的短信控制指令。當(dāng)系統(tǒng)的監(jiān)控傳感器發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況，立即觸發(fā)MCU的外部中斷，然后MCU將向TC35i發(fā)送AT指令，從而控制TC35i向指定的移動(dòng)用戶(hù)發(fā)送預(yù)先存儲(chǔ)在SIM卡中的報(bào)警短信。當(dāng)TC35i模塊接收到用戶(hù)發(fā)來(lái)的短信時(shí)，會(huì)觸發(fā)MCU的串行中斷，MCU立即讀取接收到的短信并進(jìn)行解析處理，當(dāng)判斷是否包含有效的控制命令后，再對(duì)家用電器控制裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制。

1．3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要各種外圍電路的配合，按照功能可分為電源模塊、通信模塊、系統(tǒng)外圍擴(kuò)展模塊、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示模塊。限于篇幅的關(guān)系，這里主要介紹通信模塊，其它模塊在此不再贅述。
    通信模塊主要完成MCU、TC35i和SIM卡之間的連接和控制功能，如圖2所示。本設(shè)計(jì)選用的MCU是AT89C51，它具有4k bytes的只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，32個(gè)可編程I／O口線，2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源以及1個(gè)全雙工串行口。在本系統(tǒng)中，AT89C51的P1．3腳為T(mén)C35i的啟動(dòng)腳，P0口為監(jiān)控端口，P2口為家用電器控制端口，串行輸入／輸出口(P3．0／P3．1)與TC35i的輸出／輸入腳相連。具體的工作流程將在軟件設(shè)計(jì)部分中詳細(xì)介紹。
    圖2通信模塊電路圖

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    在使用系統(tǒng)前，需要準(zhǔn)備好一張已經(jīng)開(kāi)通的GSM網(wǎng)SIM卡，可以向當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)或聯(lián)通營(yíng)業(yè)廳申請(qǐng)辦理。辦好SIM卡后，先在手機(jī)終端上向SIM卡中保存報(bào)警的目的手機(jī)號(hào)碼，再保存欲發(fā)送的報(bào)警短信內(nèi)容。將設(shè)置好的SIM卡裝入TC35i并上電后，系統(tǒng)即可以按程序設(shè)計(jì)的流程運(yùn)行。程序主要由三部分代碼組成：TC35i初始化模塊、監(jiān)測(cè)報(bào)警分支程序、家電控制分支程序，程序流程圖如圖3所示。

2．1 主程序
    系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，需要先對(duì)MCU的波特率、定時(shí)器、中斷端口進(jìn)行初始化設(shè)置。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，數(shù)據(jù)接口的配置為8位數(shù)據(jù)、1位停止位、無(wú)校驗(yàn)位、默認(rèn)波特率為9600b／s。MCU設(shè)置完畢后，再對(duì)TC35i進(jìn)行初試化，確定串口通信正常后，再進(jìn)入檢測(cè)端口的偵聽(tīng)以及等待控制信息的接收。
2．2 TC35i模塊初始化
    在系統(tǒng)上電后，MC需要先通過(guò)串行通信口對(duì)TC35i發(fā)送AT握手指令，如果TC35i能夠回復(fù)字符串“OK”，說(shuō)明TC35i的GSM模塊以及串行通信接口都能夠正常運(yùn)行。然后再向TC35i發(fā)送AT指令，設(shè)置短信到達(dá)提醒方式為不存儲(chǔ)在SlM卡上，直接發(fā)送給MCU進(jìn)行處理；設(shè)置短信模式為T(mén)EXT模式。
2．3 監(jiān)測(cè)報(bào)警分支程序
    當(dāng)MCU和TC35i初始化設(shè)置完畢以后，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)偵測(cè)端口接收到各監(jiān)控裝置發(fā)送來(lái)的信號(hào)后，觸發(fā)MCU的外部中斷，然后進(jìn)行對(duì)信號(hào)的分析處理，再向TC35i發(fā)送AT指令，控制其向目的手機(jī)發(fā)送預(yù)先設(shè)定好的報(bào)警短信息。
2．4 家電控制分支程序
    當(dāng)TC35i接收到短信后，觸發(fā)MCU的串口中斷，然后由MCU讀取短信內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行分析處理。如果發(fā)現(xiàn)短信中包含合法的有效信息，將會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的家用電器的繼電器，確定啟動(dòng)完畢后，將短信刪除。如果MCU分析短信內(nèi)容時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有效的控制指令，該條短信將會(huì)被直接刪除。由于SIM卡的存儲(chǔ)空間有限，當(dāng)SIM卡的短信存儲(chǔ)滿(mǎn)后，將無(wú)法接收其他短信，所以需要及時(shí)清除掉過(guò)期短信，保證用戶(hù)的控制指令能夠及時(shí)得到正確的處理。
2．5 AT指令
    本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)MCU向TC35i發(fā)送AT指令以實(shí)現(xiàn)TC35i的初始化設(shè)置以及短信的發(fā)送與讀取工作，表l為本系統(tǒng)所使用到的AT指令及其功能。

3 結(jié)束語(yǔ)
    GSM網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋廣、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，而SMS短消息傳輸費(fèi)用低廉，實(shí)用性高，非常適合作為一種無(wú)線數(shù)據(jù)雙向傳送、無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制的解決方案。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、穩(wěn)定性高、成本便宜，非常適合普通家庭用戶(hù)使用。而且此系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，可以擴(kuò)展為其它小型自動(dòng)化系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用意義。