基于gsm智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　基于GSM智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要 論文中介紹了一種智能家居控制的新方法，詳細(xì)的論述了系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)原理。以STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控制芯片，使用GSM模塊TC35i發(fā)送短信息和接收短信息，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)終端和智能家居控制系統(tǒng)遠(yuǎn)距離全雙工通信。使用紅外熱式傳感、MQ2煤氣傳感器、MQ5煙霧傳感器采集家中的安全信息并將險(xiǎn)情發(fā)送至用戶的手機(jī)上。系統(tǒng)可以用手機(jī)短

2、信定時(shí)控制家電，也可以利用VB上位機(jī)通過CC1100無(wú)線傳輸模塊定時(shí)控制家電。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能家居；單片機(jī)；遠(yuǎn)程控制；GSM</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生活節(jié)奏不斷加快使人們對(duì)智能化的家庭居住環(huán)境提出了更高的要求。目前市場(chǎng)上各種智能化家居控制

3、系統(tǒng)的產(chǎn)品層出不窮，其中大部分產(chǎn)品是以電話線作為載體的，對(duì)電話線的依賴較高。但目前現(xiàn)狀是電話家庭用戶的數(shù)量正逐步減少，且電話線路容易遭到破壞，同時(shí)受到地區(qū)限制，故這種智能化家居產(chǎn)品中有存在一定的局限性和安全隱患。但隨著GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的普及和移動(dòng)通信應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大以及手機(jī)用戶的日益增多，為利用GSM 網(wǎng)絡(luò)研制智能化家居系統(tǒng)提供了一種新的途徑。</p><p>　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p>

4、<p>　　2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求主要有：</p><p>　　（1） 能夠用PC機(jī)和遠(yuǎn)程終端定時(shí)和立即控制多路家電的電源開關(guān)；</p><p>　　（2） 具備監(jiān)控家庭中的安全信息并能把險(xiǎn)情隨時(shí)通知用戶。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的基本思路</p><p>　　設(shè)計(jì)

5、一個(gè)實(shí)用智能化家居控制系統(tǒng)，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，可分為5個(gè)主要模塊，分別是：遠(yuǎn)程控制模塊、液晶顯示模塊、無(wú)線射頻CC1100模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、六路繼電器控制模塊。 其中遠(yuǎn)程控制模塊是使用短信息或者電話遠(yuǎn)程控制家用電器（包括定時(shí)和立即控制）。CC1100模塊是實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，因此PC機(jī)可以實(shí)現(xiàn)短距無(wú)線傳輸控制家電。實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊為定時(shí)控制家電提供時(shí)間參考，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的大部分功能需要軟件控制。</p><p>

6、;　　2.3 系統(tǒng)方案比較</p><p>　　2.3.1 主方案比較</p><p>　　方案一：以電話線為通信載體的遠(yuǎn)程控制</p><p>　　電話遠(yuǎn)程控制是使用電話線傳遞國(guó)際統(tǒng)一使用的雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn)DTMF[1]信號(hào)的控制方式，發(fā)送方需要將發(fā)送的按鍵信息轉(zhuǎn)換成一對(duì)雙音多頻信號(hào)并傳送到電話線等傳輸電路,接收方需要將接收到的雙音多頻信號(hào)還原成按鍵信息，從而達(dá)到信

7、息傳送和交流的目的。目前廣泛采用MT8870芯片實(shí)現(xiàn)雙音頻編解碼，單片機(jī)通過MT8870識(shí)別來自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　方案二：使用商用移動(dòng)通信進(jìn)行遠(yuǎn)程控制</p><p>　　GSM網(wǎng)絡(luò)是覆蓋方位廣、手機(jī)用戶多、最可靠、最成熟的商用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用該網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)中文短消息或電話形式提醒用戶，直接把報(bào)警的情況信息反映到用戶手機(jī)屏幕上。</

8、p><p>　　方案一中信息的發(fā)送需要電話線傳輸，其對(duì)電話線的依賴程度很高，當(dāng)電話線出現(xiàn)通信故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)崩潰。同時(shí)電話線受線路布線和地區(qū)的限制，使用不方便。GSM網(wǎng)絡(luò)在通信范圍等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。所以系統(tǒng)選擇方案二。</p><p>　　2.3.2 主控制器比較</p><p>　　方案一：以AT89S52單片機(jī)為主控制芯片。</p><p&g

9、t;　　方案二：以STM32系類Cortex—M3內(nèi)核為主控芯片。</p><p>　　方案三：以STC12C5A60S2為主控芯片。</p><p>　　AT89S52是ATMEL公司的基本型單片機(jī)，其片內(nèi)資源較少，RAM為256B，程序存儲(chǔ)器的容量為8K、定時(shí)器有3個(gè)，同時(shí)含有一個(gè)全雙工UART串口等、但單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘周期為晶振周期的十二分之一，指令處理的速度相對(duì)較慢，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

10、多數(shù)實(shí)現(xiàn)的功能是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。所以使用此種單片機(jī)的RAM可能會(huì)不夠用。</p><p>　　STM32為目前市場(chǎng)上比較流行的32位ARM處理器，價(jià)格比STC12C5A60S2貴很多，片內(nèi)資源較多，處理速度較快，但是開發(fā)環(huán)境比較復(fù)雜，同時(shí)很多資源本次設(shè)計(jì)用不到會(huì)造成資源的浪費(fèi)。</p><p>　　STC12C5A60S2片內(nèi)資源比AT89S52豐富很多。其主要片內(nèi)資源有1280RAM、

11、可以設(shè)置I/O的工作模式，最多可使用44個(gè)I/O口、片內(nèi)同時(shí)含有掉電不丟失的用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、看門狗復(fù)位電路、4個(gè)16位定時(shí)器， 可以使用定時(shí)器資源設(shè)置為2路PWM、CCP功能、中斷資源豐富，含有7個(gè)中斷源、2個(gè)串口、8路10位模數(shù)轉(zhuǎn)換等資源。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)需要使用較多的設(shè)置數(shù)值需要使用EEPROM，AT89S52不滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，STM32會(huì)造成成本的增加。故本系統(tǒng)采用內(nèi)部含有EEPROM的S

12、TC12C5A60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)主控制芯片。</p><p>　　2.3.3 顯示輸出電路比較</p><p>　　方案一：使用數(shù)碼管顯示</p><p>　　使用數(shù)碼管顯示，此種方案顯示較直觀，設(shè)計(jì)中需要顯示電話號(hào)碼、時(shí)間、定時(shí)控制時(shí)間、家電開關(guān)信息諸多信息，這就需要很多的數(shù)碼管，而且數(shù)碼管顯示內(nèi)容受限制只能顯示數(shù)字和部分英文。由此增加了電路的復(fù)雜程度，也使軟

13、件編程變得很復(fù)雜，更增加了成本。</p><p>　　方案二：使用LCD12864顯示</p><p>　　LCD12864顯示[2]模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、除顯示字符外還能顯示各種圖形和漢字等特點(diǎn)，同時(shí)編程比較簡(jiǎn)單，不需要單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描。硬件方面接口相對(duì)簡(jiǎn)單，可以使用并行和串行的方式傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　方案三：使用TFT彩屏模塊顯示<

14、;/p><p>　　TFT彩屏顯示內(nèi)容比較豐富，畫面顯示比較逼真，可以顯示圖片等信息。是目前嵌入式產(chǎn)品中廣泛采用的顯示模塊，但由于單片機(jī)的處理速度有限，刷新屏幕時(shí)間比較長(zhǎng)，并且多數(shù)TFT彩屏需要采用并行數(shù)據(jù)傳輸，會(huì)占據(jù)很多的I/O口。并且TFT彩屏管腳的電壓要求與本系統(tǒng)選所用單片機(jī)管腳輸出電壓不兼容，需要額外的電壓轉(zhuǎn)換。</p><p>　　綜上比較，因此選用方案二。</p>

15、<p><b>　　2.4 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。從圖中可以看到系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)框圖以及各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能，其中上下位機(jī)控制芯片均采用單片機(jī)STC12C5A60S2。程序開發(fā)是使用Keil uVision3軟件平臺(tái)，采用C語(yǔ)言為編程工具。單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)12864液晶驅(qū)動(dòng)、紅外遙控器解碼、TC35i串行通信、數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。</p>

16、;<p>　　圖2-1 系統(tǒng)組成框圖</p><p><b>　　3 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 MQ2傳感器信號(hào)采集電路</p><p>　　MQ2傳感器廣泛應(yīng)用于工廠和家庭中氣體的檢測(cè)，可以檢測(cè)液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等物質(zhì)。其氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖3-1所示，該傳感器主要由SnO2敏感層

17、、微型AL2O3陶瓷管、加熱器和測(cè)量電極構(gòu)成的。敏感元件固定在不銹鋼或塑料的腔體內(nèi)。加熱器是氣敏元件工作的必要條件。圖3-2為MQ2采集信號(hào)原理圖可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量輸出。</p><p>　　圖3-1 MQ2結(jié)構(gòu)和外形</p><p>　　圖3-2 MQ2采集信號(hào)原理圖</p><p>　　3.2 熱式紅外開關(guān)電路</p><p>　　

18、熱式紅外開關(guān)電路[3]主要由熱釋電紅外傳感器RE200B和紅外傳感信號(hào)處理芯片BISS0001構(gòu)成的。其電路原理圖如圖3-3所示。RE200B傳感器由一種晶體材料做成，其主要材料是硅。當(dāng)這種晶體表面受到紅外線照射時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷。不同程度的光照會(huì)產(chǎn)生電荷量的大小不同。這種大小的電信號(hào)可以通過場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行測(cè)量。RE200B對(duì)于不同波長(zhǎng)的光線照射很敏感會(huì)做出不同程度的響應(yīng)。</p><p>　　BISS0001[

19、4]是傳感信號(hào)集成處理芯片,具有使用簡(jiǎn)單、性能較高等特點(diǎn)。其內(nèi)部框圖如圖3-4所示，主要包含電壓比較器、運(yùn)算放大器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等單元。</p><p>　　BISS0001主要管腳介紹如下：管腳1（A）為觸發(fā)方式選擇端，通過改變管腳1（A）的電平便可以設(shè)置重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩種觸發(fā)方式。重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)的主要區(qū)別是在發(fā)時(shí)間內(nèi)觸發(fā)是否有效，當(dāng)選擇重復(fù)觸發(fā)時(shí)在觸發(fā)時(shí)間內(nèi)再次

20、觸發(fā)此時(shí)觸發(fā)的時(shí)間會(huì)疊加。管腳5（ENC）、 6（ENR）是設(shè)置封鎖時(shí)間Ti改變這兩個(gè)管腳的電阻和電容值便可以調(diào)節(jié)封鎖時(shí)間，在封鎖時(shí)間內(nèi)觸發(fā)是無(wú)效的。改變管腳3（TR），4（TC）便可以改變觸發(fā)時(shí)間Tx。8腳（VRE/R）為復(fù)位腳，通常接低電平。管腳管腳9（INH）為禁止觸發(fā)端，當(dāng)管腳9的電壓低于0.2VCC時(shí)禁止觸發(fā)。</p><p>　　圖3-3 紅外熱式開關(guān)原理圖</p><p>　

21、　圖3-4 BISS0001結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 MCU控制電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中下位機(jī)的控制系統(tǒng)主要由STC12C5A60S2單片機(jī)、電源部分、傳感器信號(hào)采集部分、12864液晶顯示部分、TC35i串口通信和紅外遙控解碼部分等組成的。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)主要對(duì)紅外遙控解碼電路、傳感器采集電路、顯示電路進(jìn)行控制處理以及和TC35i串口通信

22、等。</p><p>　　單片機(jī)I/O口資源分配如下：P0口主要為L(zhǎng)CD12864接口，P1口主要為驅(qū)動(dòng)繼電器提供接口，P4口主要為實(shí)時(shí)芯片DS1302提供接口，P3口主要為紅外解碼和連接TC35i提供接口，P2口主要為CC1100提供接口。</p><p>　　上位機(jī)控制系統(tǒng)主要由RS232串口通信電路模塊、CC1100模塊組成的。該硬件實(shí)現(xiàn)的主要功能實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和下位機(jī)硬件電路的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)

23、。</p><p>　　3.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　單片機(jī)STC12C5A60S2是宏晶科技生產(chǎn)的（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/抗干擾能力強(qiáng)的新一代單片機(jī)，但速度比傳統(tǒng)8051快8-12倍。STC12C5A60S2具有如下特點(diǎn)：指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051， 可使用定時(shí)器設(shè)置脈寬調(diào)制、脈寬捕捉等功能，具有60K 程序存儲(chǔ)區(qū)、1280字節(jié)程序存儲(chǔ)器

24、、通用I/O口（36/40/44個(gè)）、8路高速10位數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，速度為較快，可使用軟件設(shè)置I/O口四種模式。同時(shí)片內(nèi)配有掉電不丟失的用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、WDT內(nèi)部含有專用復(fù)位電路、4個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)串行口通信接口等。STC12C5A60S2單片機(jī)管腳如圖3-5所示。</p><p>　　STC12C5A60S2管腳說明：</p><p><b>　?。?）電源引腳</b&

25、gt;</p><p>　　VCC（40腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　GND（20腳）：接電源地端。</p><p><b>　　（2）外接晶體引腳</b></p><p>　　XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳）：連接石英晶體，可以為單片機(jī)提供時(shí)鐘。</p><p>　?。?/p>

26、3）輸入/輸出引腳</p><p>　　P0口（32腳~39腳）：P0.0~P0.7統(tǒng)稱為P0口。P0口既可以作為I/O口也可以作為地址/復(fù)用數(shù)據(jù)總線，當(dāng)P0口作為I/O口使用時(shí)是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口。內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需再外接上拉電阻。當(dāng)P0作為數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線使用時(shí)是低八位地址線[A0-A7]，數(shù)據(jù)線[D0-D7]。</p><p>　　P1口（1腳~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P

27、1口。P1口為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每一位用于AD轉(zhuǎn)換，SPI等特殊功能。而且P1口每個(gè)管腳均可以設(shè)置為四種模式。</p><p>　　P2口（21腳~28腳）：P2口既可以作為I/O口也可以地址/復(fù)用數(shù)據(jù)總線使用。當(dāng)P2口作為I/O口使用時(shí)，P2口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有上拉電阻。</p><p>　　P3口（10腳~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口

28、?？梢宰鳛橐话愕臏?zhǔn)雙向I/O接口，也可以將P3口設(shè)置為第二功能。P3.0~P3.1為串行通信數(shù)據(jù)接口。P3.2~P3.3為外部電平中斷接口。通過設(shè)置相關(guān)寄存器可以將此兩個(gè)管腳設(shè)置為低電平和下降沿觸發(fā)外部中斷。</p><p>　　P4口（29、30、31腳）：P4.4為標(biāo)準(zhǔn)的I/O口。P4.5可以作為I/O使用和地址鎖存允許腳使用。P4.6既可以作為I/O使用也可以作為外部低電壓檢測(cè)終端或第二復(fù)位腳使用。<

29、/p><p>　　圖3-5 STC12C5A60S2管腳圖</p><p>　　3.4 人機(jī)交互界面</p><p>　　由于STC12C5A60S2單片機(jī)可利用的I/O多，資源多，可以使用液晶顯示相關(guān)的信息。</p><p>　　3.4.1 液晶顯示電路</p><p>　　12864液晶顯示模塊表示橫向有128點(diǎn)，縱

30、向有64點(diǎn)，可顯示4行漢字，每行可以顯示8個(gè)漢字，也可以顯示圖形和字符，其內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字。該模塊構(gòu)成的顯示電路具有操作簡(jiǎn)單、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。引腳功能如表3-1所列。LCD12864液晶顯示電路原理圖如圖3-6所示。</p><p>　　表3-1 LCD12864液晶引腳功</p><p>　　圖3-6 液晶顯示電路原理圖</p><

31、p><b>　　3.5 電源電路</b></p><p>　　電源電路如圖3-7所示。主要采用的穩(wěn)壓芯片為L(zhǎng)M7805、LM7812、ASM1117-3.3?？梢詾橄到y(tǒng)提供+12V、+5V、+3.3V三種電壓。其中+12V為六路繼電器電路供電、+3.3V為CC1100模塊電路供電。+5V為單片機(jī)和外圍電路供電。</p><p>　　圖3-7 電源電路原理圖<

32、;/p><p>　　3.6 RF收發(fā)芯片CC1100簡(jiǎn)介</p><p>　　利用單片機(jī)和CC1100構(gòu)成的無(wú)線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗近距離的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、通用性強(qiáng)、可拓展性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[5]。CC1100模塊是集ASK/FSK/MSK/OOK調(diào)制方式于一體的無(wú)線收發(fā)模塊。該模塊是用于低功耗無(wú)線應(yīng)用的業(yè)界系統(tǒng)成本最低的多通道無(wú)線電產(chǎn)品，內(nèi)部主要是由集成的頻率調(diào)制器、功率放大器

33、、帶解調(diào)器的接收器、調(diào)節(jié)器和晶體震蕩器構(gòu)成的。并具有無(wú)線喚醒、信息包處理、空閑信道評(píng)估等功能。廣泛應(yīng)用于315/434/868/915MHz的頻段中。比如PKE無(wú)鑰門禁系統(tǒng)、無(wú)線安防系統(tǒng)、AMR遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)監(jiān)控等等。該模塊所有配置字都是通過SPI接口送給CC1100寄存器地址位（0x00-0x3F）。圖3-8為其SPI時(shí)序圖。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，需將CC1100配置為接收狀態(tài)，當(dāng)收到合法的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)被存入接收FIFO

34、中，MCU便可以通過SPI傳輸協(xié)議方式讀取接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要把寫入的數(shù)據(jù)通過SPI傳輸協(xié)議方式寫入發(fā)送FIFO，并且將CC1100配置為發(fā)送狀態(tài)，數(shù)據(jù)便可以發(fā)送出去。對(duì)CC1100進(jìn)行接收數(shù)據(jù)操作時(shí)，可以使用中斷法和SPI查</p><p><b>　　該模塊有如下特點(diǎn)：</b></p><p>　　（1） 使用免費(fèi)的433MHz頻段，其最高工作速

35、率500kbps；</p><p>　　（2） 支持調(diào)制方式較多； </p><p>　?。?） 軟件可修改波特率；</p><p>　?。?） 接收的靈敏度較高，數(shù)據(jù)包丟失率低；</p><p>　?。?） 具有單獨(dú)的64字節(jié)TX和RX數(shù)據(jù)FIFO；</p><p>　　（6） 電流消耗較低（RX中，1

36、5.6mA，2.4kbps，433MHz）；</p><p>　?。?） 可用軟件改變發(fā)射功率大小，對(duì)所有的支持頻率可達(dá)+10dBm；</p><p>　　（8） 具有硬件CRC檢測(cè)功能。</p><p>　　圖3-8 CC1100 SPI時(shí)序圖</p><p>　　3.7 TC35i模塊簡(jiǎn)介</p><p>　

37、　TC35i是德國(guó)SIEMENS（西門子）公司的一款高度集成的GSM模塊，可以工作在EGSM900/GSM1800雙頻段[6]。該模塊支持語(yǔ)音，短信息，打電話等功能，被廣泛應(yīng)用中遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。TC35i的組成框圖[7]如圖3-9所示，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻部分、Flash ROM、電源、天線連接器、40腳ZIF插座（零阻力插座）六部分組成?；鶐幚砥髦饕幚鞧SM終端內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)等。在不需要連接額外硬件電路的前提下

38、，可支持FR、HR和EFR語(yǔ)音信道編碼[8]。TC35i的引腳分布如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-9 TC35i組成框圖</p><p>　　3.7.1 TC35i引腳簡(jiǎn)介</p><p>　　TC35i引腳有40個(gè)，其管腳結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。這些引腳可以劃分為5類，即BAT電源腳、接SIM卡引腳、音頻接口及控制腳、數(shù)據(jù)輸出/輸入腳。1-10為電源

39、腳，其中6-10為接電源地腳、1-5接電源VCC。VCC的取值范圍為+3.3V-+5.5V，推薦值為+4.2V。11、12腳為充電出入端可以為外接鋰電池充電。13腳為對(duì)外電壓輸出腳。14腳為電池溫度端，接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻用于鋰電池充電保護(hù)控制。15腳IGT為觸發(fā)點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)端，低電平有效，對(duì)于IGT點(diǎn)火信號(hào)的處理首先先拉低該管腳到地并至少維持100ms，如果通過通電回路供電，或者通過電池供電那么IGT點(diǎn)火信號(hào)必須至少維持1s。16-

40、23腳為數(shù)據(jù)輸入輸出腳，符合電子協(xié)會(huì)規(guī)定的232通信標(biāo)準(zhǔn)。18腳RXD、19腳TXD為TTL串行通信腳，用于和單片機(jī)、PC機(jī)串行通信。24-29腳為SIM卡腳。30-32腳為控制引腳。35-38腳為麥克風(fēng)和免提接口。與撥打接聽電話中使用的語(yǔ)音有關(guān)。</p><p>　　圖3-10 TC35i引腳分布圖</p><p>　　3.7.2 AT指令與短信編碼簡(jiǎn)介</p><p

41、>　　AT指令集是從終端設(shè)備(TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)向終端適配器（TA）或數(shù)據(jù)終端數(shù)據(jù)設(shè)備（DCE）發(fā)送的[9]。常用的AT指令如下所示[10]</p><p>　　AT+CGMI 獲得廠家的標(biāo)識(shí)；</p><p>　　ATD 撥打電話號(hào)碼；</p><p><b>　　ATH 掛機(jī)指令；</b></p><p

42、><b>　　ATA 接聽電話；</b></p><p>　　AT+CSMS 選擇消息服務(wù)，支持的服務(wù)有GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB； </p><p>　　AT+CNMA 新信息確認(rèn)應(yīng)答； </p><p>　　AT+CPMS 優(yōu)先信息存儲(chǔ)，這個(gè)命令定義用來讀寫信息的存儲(chǔ)區(qū)域； </p><p>　　

43、AT+CMGF 優(yōu)先信息格式，執(zhí)行格式有PDU方式和TEXT方式； </p><p>　　AT+CSAS 保存設(shè)置，保存+CSAS和+CSMP的參數(shù)； </p><p>　　AT+CRES 恢復(fù)設(shè)置； </p><p>　　AT+CSDH 顯示文本方式的參數(shù)； </p><p>　　AT+CNMI 新信息指示，這個(gè)命令選擇如何從網(wǎng)絡(luò)上接收短信

44、息； </p><p>　　AT+CMGR 讀短信，信息從+CPMS命令設(shè)定的存儲(chǔ)器讀??； </p><p>　　AT+CMGL 列出存儲(chǔ)的信息； </p><p>　　AT+CMGS 發(fā)送短信息指令； </p><p>　　AT+CMGW 寫短信息并存儲(chǔ)；</p><p>　　AT+CMSS 從存儲(chǔ)器中發(fā)送信息； &

45、lt;/p><p>　　AT+CSMP 設(shè)置文本模式的參數(shù)； </p><p>　　AT+CMGD 刪除短信息，刪除一個(gè)或多個(gè)短信息； </p><p>　　AT+CSCA 短信服務(wù)中心地址； </p><p>　　AT+CSCB 選擇單元廣播信息類型；</p><p>　　AT+WCBM查看小區(qū)廣播信息標(biāo)識(shí)符； <

46、/p><p>　　AT+WMSC 修改信息狀態(tài)； </p><p>　　AT+WMGO 信息覆蓋寫入； </p><p>　　AT+WUSS保持短信狀態(tài)不變。 </p><p>　　下面以一個(gè)發(fā)送實(shí)例講述短信的編碼方式：例如福建省漳州市的移動(dòng)中心號(hào)碼為13800596500，短信接收的號(hào)碼為18259610363，短信內(nèi)容為（最多為140個(gè)字節(jié)，

47、中文最多為70個(gè)漢字）為“煤氣泄漏”。通過串口助手接收TC35i返回來的信息可以看出短信最終的編碼如下：</p><p>　　0891683108506905F01000B818152690163F30008A70871646C146CC46F0F01</p><p>　　短信的編碼格式如下：</p><p>　　08：表示短信中心的地址長(zhǎng)度，一般固定不變；<

48、/p><p>　　91：表示短信中心號(hào)碼類型，一般固定不變；</p><p>　　68：表示中國(guó)地區(qū)代碼，一般固定不變；</p><p>　　3108506905F0：表示短信中心號(hào)碼13800596500；</p><p>　　1100：發(fā)送短信的編碼方式，一般固定不變；</p><p>　　0B：目的地址的長(zhǎng)度；<

49、;/p><p>　　81：目的地址的類型；</p><p>　　8152690163F3：表示接收號(hào)碼為18259610363；</p><p>　　0008：表示中文字符方式；</p><p>　　08：表示短信長(zhǎng)度；</p><p>　　71646C146CC46F0F：發(fā)送中文短信“煤氣泄漏”的Unicode碼；&l

50、t;/p><p>　　01：發(fā)送結(jié)束標(biāo)志位，表示短信碼結(jié)束。</p><p>　　3.8 紅外解碼電路與原理</p><p>　　本系統(tǒng)操作需要輸入電話號(hào)碼等一些參數(shù)據(jù)需要使用10個(gè)按鍵、另需2個(gè)按鍵用于撤防和布防、1個(gè)按鍵為確認(rèn)鍵、1個(gè)按鍵用于返回設(shè)置界面，一共需要14個(gè)按鍵。所以在選擇遙控器時(shí)選擇了按鍵大于14的遙控器。使用遙控器比使用矩陣鍵鍵盤的好處是省去了軟件去

51、抖動(dòng)、動(dòng)態(tài)掃描等環(huán)節(jié)，但會(huì)占用單片機(jī)的中斷資源。紅外解碼電路[11]如圖3-11所示，目前市場(chǎng)上各種協(xié)議的遙控器很多，本系統(tǒng)選用了一種NEC協(xié)議的遙控器作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的工具。該遙控器使用的發(fā)射集成芯片為TC9012。其可以提供32個(gè)用戶按鍵、可以提供8種用戶編碼、還有3種雙重按鍵功能。管腳分布如圖3-12所示。編碼規(guī)則主要采用脈沖位置調(diào)試方式（PPM）來區(qū)分“0”和“1”。 0.56ms的高電平和1.125ms的低電平表示“0”，0.

52、56ms的高電平和2.25ms的低電平表示“1”。TC9012 的一幀數(shù)據(jù)中含有 33 位碼，包含1位引導(dǎo)碼、包含兩個(gè) 8 位用戶碼，1個(gè)8位數(shù)據(jù)碼和 1個(gè)8 位數(shù)據(jù)碼的反碼及位最后位的同步位，其中作為用戶碼、數(shù)據(jù)嗎、及數(shù)據(jù)反碼的先導(dǎo)的引導(dǎo)碼由 9ms的高電平和4.5ms的低電平構(gòu)成。TC9012發(fā)射碼波形如圖3-1</p><p>　　圖3-11 紅外解碼原理圖</p><p>　　圖3

53、-12 TC9012管腳圖</p><p>　　圖3-13 TC9012發(fā)射碼的波形</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　4.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，使用C語(yǔ)言軟件

54、實(shí)現(xiàn)以下功能，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)多數(shù)是采用模塊化編程。將各個(gè)模塊調(diào)試成功。最終進(jìn)行各個(gè)模塊之間的聯(lián)合調(diào)試。</p><p>　?。?） 設(shè)置并保存電話號(hào)碼、修改系統(tǒng)時(shí)間參數(shù)、設(shè)置定時(shí)控制家電時(shí)間；</p><p>　?。?） 發(fā)送險(xiǎn)情的中文短信；</p><p>　?。?） 紅外解碼；</p><p>　?。?） 12864液晶顯示；<

55、;/p><p>　?。?） 讀取短信內(nèi)容并能接收上位機(jī)發(fā)送的協(xié)議指令；</p><p>　?。?） 控制六路繼電器吸合與斷開；</p><p>　?。?） 控制CC1100發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.1.2 上位機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　上位機(jī)系統(tǒng)軟件的功能要求為：</p>

56、<p>　?。?） 上位機(jī)電腦通過CC1100模塊對(duì)單片機(jī)發(fā)送協(xié)議指令以修改系統(tǒng)時(shí)間、定時(shí)時(shí)間、系統(tǒng)電話號(hào)碼等。</p><p>　?。?） 能夠接收單片機(jī)傳送過來的確定信息并且顯示在VB界面上。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)流程</p><p>　　4.2.1 主流程圖設(shè)計(jì)及說明</p><p>　　下位機(jī)單片

57、機(jī)程序的主程序流程圖如圖4-1所示，該流程圖起到了向?qū)У淖饔茫歉鶕?jù)系統(tǒng)軟件的工作流程得出的，主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過程及實(shí)現(xiàn)的主要功能，描述了系統(tǒng)的基本流向。 </p><p>　　上位機(jī)單片機(jī)程序主流程圖如圖4-2所示，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖4-1下位機(jī)軟件主流程圖</p><p>　　圖4-2 上位機(jī)軟件主流程圖</p&g

58、t;<p>　　4.2.2 各個(gè)子程序說明</p><p><b>　?。?）顯示子程序</b></p><p>　　通過顯示部分操作者可以更直觀的了解輸出結(jié)果。同時(shí)操作者也可以了解單片機(jī)的運(yùn)行結(jié)果。</p><p>　?。?）繼電器吸合與斷開程序</p><p>　　使用該部分可以利用繼電器達(dá)到弱電控制強(qiáng)

59、電的目的，從而可以達(dá)到通過單片機(jī)間接控制家電電源開關(guān)。</p><p>　?。?）紅外遙控解碼程序</p><p>　　紅外解碼程序是操作者與單片機(jī)交換信息的一種方式。通過此部分的程序可以修改系統(tǒng)一些重要的參數(shù)。</p><p>　　4.2.3 VB串口通信介紹與上位機(jī)界面</p><p>　　串口通訊作為一種通訊方式，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制

60、等領(lǐng)域。在Visual Basic中有一個(gè)名Microsoft Communication Control（簡(jiǎn)稱MSComm）的通訊控件，只要通過對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)編程操作，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)串口通訊。本系統(tǒng)采用VB軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面圖4-3所示。</p><p>　　MSComm控件[12]的主要屬性如下：</p><p>　　Commport：設(shè)

61、置并返回通訊端口號(hào)；</p><p>　　Setting：設(shè)置串口通信相關(guān)的參數(shù)，包括比特率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等相關(guān)信息。</p><p>　　InBufferCount：設(shè)置輸入寄存器所存儲(chǔ)的字符數(shù)，當(dāng)將其值設(shè)為0時(shí)，則輸入寄存器將被清空；  </p><p>　　Input：表示從接收緩沖區(qū)移走一串字符，返回值為從串口讀取的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)輸入寄存器將

62、被清空；</p><p>　　Ouput：發(fā)送數(shù)據(jù)到輸出寄存器； </p><p>　　Portopen：用于打開和關(guān)閉串口。當(dāng)Portopen的值為Ture時(shí)，會(huì)把對(duì)應(yīng)的控件串口打開，F(xiàn)lase則把串口關(guān)閉。</p><p>　　InputMode：訪屬性用于設(shè)置或者返回傳輸數(shù)據(jù)的類型。若值為0，則表示以文本形式讀?。恢禐?，則表示以二進(jìn)制形式讀?。?#

63、160; OutBufferCount：設(shè)置或返回輸入緩沖區(qū)內(nèi)等待讀取的字節(jié)個(gè)數(shù)，當(dāng)將該屬性設(shè)置為0時(shí)，則輸出寄存器將被清空；  </p><p>　　圖4-3 上位機(jī)界面</p><p><b>　　4.3 程序清單</b></p><p>　　單片機(jī)和VB程序清單參見附錄一。</p><p>&l

64、t;b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.1 調(diào)試儀器清單</p><p>　　系統(tǒng)測(cè)試儀器設(shè)備如表5-1所列。</p><p>　　表5-1 系統(tǒng)測(cè)試儀器設(shè)備</p><p>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)試過程</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用 VB6.0軟件開發(fā)平臺(tái)作為編譯環(huán)境設(shè)計(jì)上位機(jī)程序

65、，運(yùn)用串口通訊控件 MSComm。通過相關(guān)組件實(shí)現(xiàn)并編寫數(shù)據(jù)的采集和輸入/輸出控制程序。采用 STC12C5A60S2 作為下位機(jī)，通過串口助手軟件發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以 Keil uVision3 作為編譯環(huán)境，用 C 語(yǔ)言編寫，并將各個(gè)部分功能以模塊形式加入到程序中。</p><p><b>　　（1）基本電路調(diào)試</b></p><p>　　先不接通

66、電源，用直觀的辦法查看元件是否虛焊，是否損壞等情況。同時(shí)用萬(wàn)用表蜂鳴器檔測(cè)試電源是否有短路，查看有極性的元件是否管腳焊錯(cuò)，特別是電源部分整流橋部分，如無(wú)錯(cuò)誤方可接通電源。</p><p>　　接通電源時(shí)，觀察是否有冒煙、燒焦、發(fā)熱等現(xiàn)象。如果有這些現(xiàn)象，斷開電源，檢查電路板PCB布線是否正確，然后檢查元器件。若無(wú)上述問題再看電源輸出部分能否穩(wěn)定的輸出+5V，+12V，+3.3V的電壓。</p>&l

67、t;p>　　根據(jù)PCB圖，測(cè)相應(yīng)個(gè)點(diǎn)的波形并與理論相比較以此判斷電路的工作狀態(tài)是否正常。接著將電壓表的黑表筆接地，紅表筆的探頭移動(dòng)到各個(gè)芯片的各個(gè)引腳，檢測(cè)是否滿足理論的工作電壓和波形。</p><p>　?。?）VB上位機(jī)軟件調(diào)試</p><p>　　上位機(jī)主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)軟件時(shí)間的調(diào)整、繼電器的控制包括立即控制和定時(shí)控制、以及讀取系統(tǒng)設(shè)置的電話號(hào)碼，通過使用串口助手軟件和C

68、onfigure Virtual Serial Port Driver 軟件，添加COM1和COM2為一對(duì)虛擬串口，用串口助手查看上位機(jī)串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，并用其給上位機(jī)發(fā)送返回信息等方法進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　?。?）下位機(jī)軟件調(diào)試</p><p>　　下位機(jī)設(shè)計(jì)采用 Keil C 編程軟件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，并實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)采集與處理和數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)系統(tǒng)上電后，單片機(jī)對(duì)TC35i進(jìn)行通信測(cè)

69、試，如通信正常便可以進(jìn)行短信遠(yuǎn)程控制繼電器。系統(tǒng)一共有六個(gè)繼電器編號(hào)分別為ABCDEF，按照一定的的協(xié)議即可以短信遠(yuǎn)程控制繼電器，協(xié)議內(nèi)容如下：</p><p>　　發(fā)送短信內(nèi)容“000000##time”表示將系統(tǒng)時(shí)間修改為00時(shí)00分00秒，時(shí)間格式要正確否則系統(tǒng)不會(huì)修改系統(tǒng)時(shí)間。發(fā)送短信內(nèi)容“a000000#open”表示繼電器A將于00時(shí)00分00秒時(shí)將繼電器A打開。發(fā)送短信內(nèi)容“a000000#shut

70、”表示表示繼電器A將于00時(shí)00分00秒時(shí)將繼電器A關(guān)閉。發(fā)送短信內(nèi)容“########ankai”表示將A繼電器立即打開，發(fā)送短信內(nèi)容“#######aguan”表示將A繼電器立即關(guān)閉。修改相應(yīng)的繼電器編號(hào)和時(shí)間便可以靈活的控制家電。</p><p>　?。?）上下位機(jī)軟件聯(lián)合調(diào)試</p><p>　　當(dāng)上位機(jī)的數(shù)據(jù)用串口助手查看沒問題時(shí)，同時(shí)下位機(jī)單片機(jī)接收串口助手發(fā)送的數(shù)據(jù)并且修改相

71、應(yīng)的參數(shù)時(shí)，便可以進(jìn)行上下位機(jī)聯(lián)合調(diào)試。打開上位機(jī)軟件，并且下位機(jī)通電并確保單片機(jī)與TC35i通信正常。點(diǎn)擊上位機(jī)軟件的控制按鍵查看下位機(jī)是否做出相應(yīng)動(dòng)作。其運(yùn)行界面如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)借鑒了成熟可靠的GSM網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線射頻模塊進(jìn)

72、行無(wú)線傳輸。省去了串口線所帶了的局限，同時(shí)使上位機(jī)可以控制的距離更遠(yuǎn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，PC機(jī)無(wú)線控制等功能。但是本系統(tǒng)的缺點(diǎn)很多，沒有備用電源，一旦電源線被切斷本系統(tǒng)將會(huì)無(wú)法使用，也沒有使用成熟的網(wǎng)絡(luò)控制本系統(tǒng)的設(shè)備，沒有用單片機(jī)模仿家用各種遙控器發(fā)射出的各種波形，同時(shí)系統(tǒng)不兼容飛信軟件，希望通過以后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)完善。</p><p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲頗多，首先在意志上得到了鍛煉當(dāng)遇到問題時(shí)先想到

73、放棄后經(jīng)過一番思想斗爭(zhēng)最終還是一一解決了困難，同時(shí)對(duì)作品的審題、查詢文獻(xiàn)等過程中讓我學(xué)會(huì)很多芯片的使用方法，同時(shí)復(fù)習(xí)了以前學(xué)到的知識(shí)。學(xué)會(huì)了與別人交流和溝通共同探討畢設(shè)中遇到的問題。通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)更是為自己今后的工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]姚偉超,徐杰.基于 DTMF技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].

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76、</p><p>　　[7]宋麗亞，張思祥.用TC3i GSM實(shí)現(xiàn)測(cè)控儀器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳[J].科研發(fā)展，2006，25（5）：54-56.</p><p>　　[8]李杰，吳學(xué)英.用單片機(jī)控制GSM 模塊的一種方法[J].電子世界，2004，33（11）：23-24.</p><p>　　[9]鄭鋒，王靈巧，程麗平，張清鵬.51單片機(jī)典型應(yīng)用開發(fā)范例大全[M].北京：中

77、國(guó)鐵道出版社，2011：348-349.</p><p>　　[10]張建輝.基于單片機(jī)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，19（2）：79-82.</p><p>　　[11]戴培山，馮成德，劉棟.基于keil c51的紅外遙控器解碼設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2003，31（06）：11-15.</p><p>　　[12]韓衛(wèi)媛，楊艷，

78、趙冬玲，孫建國(guó).基于VB串口通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，7（3）：578-590.</p><p>　　The Design of Smart Home Control </p><p>　　System Based on GSM</p><p>　　Abstract:The article introduces a new method for

79、a smart home control, which elaborated the composition and realization principle of the system in detail. It makes single-chip machine STC12C5A60S2 as the main control chip, and use TC35i of module GSM to send and receiv

80、e messages, realizing the cell phone terminal and smart home control system long-distance range full-duplex operation. It uses infrared heat-sensing, MQ5 coal gas sensor and MQ2 smoke sensor to collect home security info

81、rmation and</p><p>　　Keywords：Smart Home; Single chip microcomputer; Remote Control; GSM</p><p>　　導(dǎo)師評(píng)語(yǔ)：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，具備遠(yuǎn)程遙控和報(bào)警功能的智能家居系統(tǒng)逐漸走入千家萬(wàn)戶。論文設(shè)計(jì)了一種新穎的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)，與現(xiàn)有類似功能的系統(tǒng)比具備如下優(yōu)點(diǎn)：第一，采用商用移動(dòng)通信

82、方式，不需布設(shè)電話線即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的遠(yuǎn)程傳遞，避免電話線路遭到破壞無(wú)法實(shí)現(xiàn)報(bào)警的隱患；第二，可用手機(jī)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程布控、撤控及家電電源打開關(guān)閉，使用方便快捷。</p><p>　　論文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的上下位機(jī)組成結(jié)構(gòu)、功能組成、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)樣機(jī)證明，該設(shè)計(jì)技術(shù)可行、功能實(shí)用、操作簡(jiǎn)潔、運(yùn)行比較穩(wěn)定。由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、通信費(fèi)低廉、本系統(tǒng)硬件成本較低，這一事實(shí)使得本文研究的智能家居系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用