单片机课程设计-基于GSM的智能家居系统【自制】

徐州师范大学物电学院课程设计报告课程名称：单片机课程设计题目：基于GSM的智能家居系统设计与实现专业班级：学生姓名：学生学号：日期：2011年6月指导教师：物电学院教务部印制说明：1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指导并确认签字。2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并填写成绩评定表。3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表。4、报告正文字数一般应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设计的情况另行规定。5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成绩按不及格处理。6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整。一、课程设计目的、任务和内容要求：随着经济的快速增长，快节奏的生活状态使得人们越来越注重生活的质量和品位。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。目前，国内外各种类型的智能家居产品越来越多，其中大部分是基于电话网的安防控制系统。但在我国，家庭电话用户正逐步减少，且电话线路易被破坏，故此类产品有一定局限性。随着电信GSM网络覆盖范围的广阔化、无缝化、以及手机的日益普及为基于GSM网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间[1]。本文所介绍的基于GSM网络的智能家居系统采用GSM模块进行短信息收发，以单片机为控制核心，进行信息反馈和远程控制，实现了远程报警、远程遥控等功能。具体设计任务如下：1．熟悉GSM的工作原理；2．写出智能家居系统的设计方案；3．用硬件加以实现；4．写课程设计报告。二、进度安排：第１~3天：查找资料，熟悉××××××的设计原理，给出设计总体方案；第4~6天：各模块的详细设计；第7~12天：硬件连线，调试；第13~14天：写课程设计报告。三、主要参考文献：[1]杨利平﹒基于网络技术的远程智能家居系统[J]﹒仪器仪表学报，2009,25(4):309-311.[2]刘松,赵忠,孙学磊.基于GSM的远程家庭智能监控系统设计[J].电子测量技术,2009,32(1):89-91.[3]张俊.SMS短消息传输的远端控制技术及其实现[J].仪器仪表学报,2003,24(4):610-611.指导教师签字：年月日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-I-目录摘要………………………………………………………………………………………IIAbstract…………………………………………………………………………………...II1引言…………………….……..………………………………………………………...12系统工作原理及主要功能………………………………………..……………..…….12.1系统工作原理…………………………………………..…………………………..…23主要功能模块…………………………………………………………..………………..33.1单片机控制模块………………………………………..…………………………...…43.2GSM模块………………………………………………..…………………………....…53.3传感器模块……………………………………………..…………………………...…63.2液晶显示模块…………………………………………..…………………………...…74硬件接口电路设计…………………………………………..…….…………….....…74.1单片机与GSM模块的连接……………………….………………………………..….…74.2电器控制电路……………………………………………..………………………….....75系统软件设计…..……………………………………………..…………………………......85.1AT模式选择及AT指令…………………………………..………………………….….85.2系统软件的设计………………………………………..………………………….…....86结论…..…………………………….…………………………..………………………….…9参考文献…….………………..………………………………..………………………….….9附录1主要程序代码……...………………………………..………………………….…10附录2TC35模块电路……..………………………………..………………………….…27徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-II-摘要摘要：介绍了一种基于GSM网络的智能家居控制系统的工作原理及主要功能。采用STC单片机为系统控制核心，对家庭中可能出现的意外情况用各种传感器进行采集，利用GSM模块的短信收发功能，实现远程安防及家电控制。实践证明本系统性能可靠，成本低，可广泛应用于现代住宅中。关键词（小4号黑体顶格）：智能家居；GSM模块；传感器；远程控制AbstractAbstract：DescribesanetworkbasedonGSMofSmartHomeControlsystemworksandthemajorfunctions.UsingtheSTCmicrocontrollerforsystemcontrolbythecore,withthefamilysituationthatmayariseunexpectedlycollectedbyvarioussensors,makeuseofthesendandreceiveSMSfunctionoftheGSMmodule,remotesecurityandappliancecontrol.Practicehasprovedthatthesystemisreliable,lowcost,canbewidelyusedinmodernhouses.Keywords：smarthome;GSMmodule;sensor;remotecontrol徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-1-1引言随着经济的快速增长，快节奏的生活状态使得人们越来越注重生活的质量和品位。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。目前，国内外各种类型的智能家居产品越来越多，其中大部分是基于电话网的安防控制系统。但在我国，家庭电话用户正逐步减少，且电话线路易被破坏，故此类产品有一定局限性。随着电信GSM网络覆盖范围的广阔化、无缝化、以及手机的日益普及为基于GSM网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间[1]。本文所介绍的基于GSM网络的智能家居系统采用GSM模块进行短信息收发，以单片机为控制核心，进行信息反馈和远程控制，实现了远程报警、远程遥控等功能。2系统工作原理及主要功能2.1系统工作原理图1为智能家居系统的工作原理图[2]。系统在正常工作时处于低功耗监控状态，一旦发生警情即各类传感器检测到异常信号(如盗窃、火警、煤气等)时，单片机通过从不同引脚接收到的信号同预先存储在ROM中的信息进行对比，判断出异常情况的类型，然后将报警信号由串口传送给GSM模块，最后将报警短信发送给用户，几秒钟后，用户的手机上就可以接收到报警短信，提醒用户采取措施。另外用户可通过发送短信，由GSM模块接收，经单片机解码后，驱动系统中的电器控制电路去控制相应的家电，从而实现远程控制电器工作的目的[3]。系统的主要功能：(1)自动报警功能：当用户住宅出现异常情况时，系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户，直至用户回复为止。(2)家电控制功能：接收用户发送来的控制命令，实现短信的译码功能，并由单片机根据相应的译码来实现不同家电工作及停止功能。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-2-图1系统设计原理图3主要功能模块3.1单片机控制模块系统的控制器选用STC89C52RD+单片机，8位STC89C52RD+单片机是STC公司生产的一款51单片机，具有运行稳定、价格便宜等特点。其支持的最高时钟为40MHz，内部包括8kB的Flash程序存储器ROM、256B的数据存储器RAM，具有ISP在线编程功能，大大减少了开发复杂度，同时可节省购买编程器的额外投入。图2为单片机控制模块电路图。单片机控制中心红外传感器烟雾传感器煤气传感器家电控制电路家电GSM模块徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-3-图2单片机控制模块3.2GSM模块本系统设计使用的GSM模块是Siemens公司的TC35I。TC35I是Siemens公司推出的新一代无线通讯模块，可以快速安全地实现数据、语音的传输、短信息服务（SMS）和传真等功能，可以工作在GSM900kHz和1800kHz两个频段，RS232数据口符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输；通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。该模块向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。TC35I模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六个部分组成[4]。TC35I构成框图如图3所示。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-4-图3TC35I构成框图3.3传感器模块本系统传感器模块由一组功能不同的传感器构成，用于各种异常情况监测。防盗窃使用红外线反射型传感器，将红外线反射型传感器安装在通道的位置或门窗的两侧，当有人进入时红外线反射型传感器就会检测出来，检测信号通过转换电路转换成低电平，然后送去给单片机，单片机对应引脚检测到送来低电平后就会启动防盗报警系统工作。防火使用离子式烟雾传感（SS-668），通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，当一定量烟雾进入烟雾传感器的反应腔，引起电路电平变化。离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，为火灾预防和早期发现提供帮助。燃气传感器使用金属氧化物半导体传感器（或称MOS）。MOS也可以用来检测毒性水平。它由一个金属氧化物半导体的传感器件（如氧化物SnO2）构成。在新鲜空气条件下，它的电导较小，而一旦接触还原性气体或者易燃易爆气体，电导会增加引发检测电路电平跳变从而启动报警系统工作。注：由于时间所限，本系统中，除红外报警电路外，烟雾传感器报警电路和煤气传感器报警电路均采用按键模拟的方法实现。红外报警电路如图4。电源部分GSM射频部分GSM基带处理器天线接口FLASH40芯ZIF插座徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-5-图4红外报警电路3.41602液晶显示模块1602液晶显示模块主要用于显示当前系统的工作状态。模块电路图如图5。图51602液晶显示模块4硬件接口电路设计本系统硬件接口电路主要由单片机与GSM模块的接口电路和电器控制电路构成。4.1单片机与GSM模块的硬件连接单片机与TC35I的连接图如图6所示，TC35I的数据接口采用串行异步收发，符合ITU－TRS－232接口电路标准，工作在CMOS电平(2.65V)。数据接口配置为8位数据徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-6-位、1位停止位、无校验位，可以在300—115*103bps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35I数据接口工作在CMOS电平，而STC单片机工作在TTL电平，工作电压范围一般比TC35I宽，故应在单片机和TC35I之间加电平转换电路。本设计使用TI公司的MAX232芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。图6单片机与TC35I的连接图4.2电器控制电路图7为系统的电器控制电路，它是通过单片机由弱电控制继电器的开/关，从而实现控制强电的接通/断