個(gè)人手機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的智能家居安防系統(tǒng)

摘要：介紹了一種GSM終端(手機(jī))之間，以短信息服務(wù)(SMS)通過DTMF公用電話網(wǎng)節(jié)點(diǎn)家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本智能家居安防系統(tǒng)集防火、防盜、防燃?xì)鉃橐惑w，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測與自動(dòng)語音撥號(hào)報(bào)警。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)構(gòu)成、DTMF收發(fā)電路、短信發(fā)送電路設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)功能實(shí)用，信息傳遞實(shí)時(shí)可靠，適用于家居安防或其他場所的安防系統(tǒng)。

0 引言

隨著智能化家居概念的不斷推廣及電子信息產(chǎn)業(yè)快速向生活領(lǐng)域滲透，實(shí)現(xiàn)家居信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。家庭智能防盜報(bào)警系統(tǒng)可對(duì)家居的安全環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如防火、防盜等，一旦有安全事故發(fā)生，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，使得戶主及時(shí)對(duì)所發(fā)生的事故進(jìn)行緊急處理。本文基于容易實(shí)現(xiàn)、方便操作、貼近使用的設(shè)計(jì)理念，以MSP430單片機(jī)為控制核心、控制終端，并采用包括紅外遙控、GSM模塊、語音模塊及相應(yīng)傳感器在內(nèi)的外部設(shè)備宋模擬實(shí)現(xiàn)家庭智能防盜報(bào)警。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由四大部分構(gòu)成，即控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSMTC35模塊，以及接口和電源部分。傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM TC35模塊和控制單元完成報(bào)警等信號(hào)的處理和發(fā)送;電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。

軟件設(shè)計(jì)部分主要由五大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分、電智能家居控制系統(tǒng)、電話交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別與分析部分、GSM TC35模塊接口程序部分、分析控制部分。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和電話交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別需要作實(shí)時(shí)處理;GSM TC35模塊接口程序部分和分析控制部分則是根據(jù)采集和電話交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分疾僮饔欣于提高系統(tǒng)效率。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。單片機(jī)控制DTMF收發(fā)電路、數(shù)字語音電路、摘掛機(jī)控制電路。探測器能夠快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測到住宅的異常狀況，經(jīng)確認(rèn)后及時(shí)通知控制器，再由單片機(jī)來控制電話接口電路，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，自動(dòng)撥打預(yù)先設(shè)置的電話號(hào)碼進(jìn)行語音報(bào)警并通知管理中心。當(dāng)監(jiān)測到對(duì)方回應(yīng)后，自動(dòng)恢復(fù)警戒狀態(tài)。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控部分采用AT89S52單片機(jī)，無需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器?？撮T狗電路采用具有可編程的串行EEPROM-X25045。X25045依次存儲(chǔ)了標(biāo)志字段、話機(jī)號(hào)碼、警情代號(hào)、系統(tǒng)設(shè)置等數(shù)據(jù)信息。

2.1 系統(tǒng)供電電源

由于本控制系統(tǒng)單元電路較多且對(duì)5V電源的要求比較高，其中TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A，故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中，采用了開關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換，作為對(duì)TC35終端和其他5V單元的供電。必須特別注意的是，如圖2由LM2576芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感100 μH和電容，以提高儲(chǔ)能的能力，達(dá)到單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。

2.2 TC35短消息模塊接口電路

TC35短消息模塊是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。目前在PC機(jī)上的COM1、COM2接口就是RS-232C接口。在正常運(yùn)行模式下，約30s事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號(hào)，將自動(dòng)進(jìn)入Powerdown模式，此時(shí)耗電1μA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么Auto-Powerdown Plus功能失效。在Auto-Powerdown Plus功能有效時(shí)，如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入，該芯片自動(dòng)被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于一2.7V，或者位于-0.3V～0.3V的時(shí)間小于30 μs，則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V～0.3V的時(shí)間大于30 μs，則/INVALID(15腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無效)。該芯片的以上特性，滿足了TC35作為移動(dòng)終端的接收和發(fā)送電路的連接要求。

2.3 蜂鳴器報(bào)警電路

使用三極管8050驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，當(dāng)處理器檢測到報(bào)警信號(hào)后，就會(huì)給蜂鳴器信號(hào)以使其工作，達(dá)到家中警報(bào)響起的效果。如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用C語言編寫，在keil環(huán)境下開發(fā)，核心是SHT11溫、濕度數(shù)值的讀取與轉(zhuǎn)換、顯示子程序。主程序流程框圖如圖5所示。

實(shí)現(xiàn)功能如圖5所示的軟件流程圖，具體實(shí)現(xiàn)過程描述：1)按鍵撥打相應(yīng)的電話，測試使用;2)按鍵發(fā)送短消息，測試使用;3)單片機(jī)檢測玻璃破碎探測器的信號(hào)，決定是否報(bào)警、發(fā)送短消息及給住宅主人打個(gè)電話：4)住宅主人短信控制家中的設(shè)備，這里僅用LED的亮與滅演示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與分析

4.1 通信模塊實(shí)現(xiàn)

GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)TC35模塊的控制或zigbee無線通信技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，圖6所示為通信模塊工作中，圖7為短信模塊工作中。

4.2 智能家居安防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

GPRS能在探測器探測下向主人發(fā)送報(bào)警信息，并且主人能夠遠(yuǎn)程控制家居，可以通過該系統(tǒng)的兩個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)與主人手機(jī)之間的聯(lián)系，實(shí)物如圖8所示。優(yōu)點(diǎn)在于有短信和來電兩個(gè)功能，能夠減少主人在遠(yuǎn)程端因漏看短信造成不必要的麻煩;不足之處是探測器過于敏感，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警的信息，能夠顯示出家居出現(xiàn)的狀態(tài)。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種基于單片機(jī)的簡易智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件控制采用單片機(jī)作為微處理器，通過溫度傳感器收集溫、濕度信號(hào)，利用液晶顯示器SO12864-14C顯示當(dāng)前的溫度、濕度及結(jié)露點(diǎn);軟件采用C語言進(jìn)行功能模塊編譯。與傳統(tǒng)的家居監(jiān)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)成本低、實(shí)用便利，能給家居生活提供一種安全保障。若系統(tǒng)結(jié)合通信，將報(bào)警功能體現(xiàn)在手機(jī)信息提示上則系統(tǒng)設(shè)計(jì)就更加完美。