基于+GSM+网络的智能家居热水器

收稿日期：２０１３‐０６‐１３ 作者简介：刘丽伟（１９７４－），女，汉族，吉林通化人，长春工业大学讲师，博士，主要从事信号与信息处理方向研究，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｉｕｌｉｗｅｉ＠ｍａｉｌ．ｃｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．第３５卷第１期 长春工业大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ畅３５Ｎｏ．１２０１４年０２月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｆｅｂ畅２０１４基于ＧＳＭ网络的智能家居热水器刘丽伟，　于　硕，　孙晓慧，　许树良（长春工业大学计算机科学与工程学院，吉林长春　１３００１２）摘　要：随着电子技术的发展，智能家居的产品呈现出快速发展的趋势。

本设计是基于ＧＳＭ网络的智能家居热水器，具有温度可控、时间预约、远程手机控制的功能。

关键词：智能家居；ＧＳＭ网络；热水器；远程控制中图分类号：Ｎ３９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４‐１３７４（２０１４）０１‐００７７‐０５ＡｓｍａｒｔｈｏｍｅｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＧＳＭｎｅｔｗｏｒｋＬＩＵＬｉ‐ｗｅｉ，　ＹＵＳｈｕｏ，　ＳＵＮＸｉａｏ‐ｈｕｉ，　ＸＵＳｈｕ‐ｌｉａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｋｉｎｄｓｏｆｓｍａｒｔｈｏｍｅｐｒｏｄｕｃｔｓｓｈｏｗｓａｔｒｅｎｄｏｆｒａｐｉｄｇｒｏｗｔｈ．ＨｅｒｅｗｅｇｉｖｅａｄｅｓｉｇｎｏｆａｓｍａｒｔｈｏｍｅｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒｔｈａｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＧＳＭｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｐｐｏｉｎｔｍｅｎｔｍａｄｅａｎｄｍｏｂｉｌｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｓｍａｒｔｈｏｍｅ；ＧＳＭｎｅｔｗｏｒｋ；ｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒ；ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌ．０　引　言 传统热水器只是具有简单的调节温度和加热功能，已经不能适应当前高节奏的城市生活。

对于智能热水器来讲，便捷是重要的特点，而远程控制是体现便捷的重要方面。

将手机和热水器相连，通过ＧＳＭ网络实现使用短信远程控制热水器的功能是本设计的重点。

使用者可以在上班的时候就通过手机给自己家的热水器发短信，控制热水器进行加热，下班到家直接就可以洗热水澡，而不必回家设定和等待。

文中从硬件设计和软件设计两个方面描述了本款设计的思想和原理，相比传统热水器，更加的便捷化和人性化。

１　硬件设计１．１　总体设计本设计由ＣＰＵ、人机交互模块、ＧＳＭ模块、温度传感模块、加热电路和电源电路组成。

通过两种方式来设定参数：一种是通过人机交互界面；另一种是通过手机短信。

人机交互界面由键盘和显示屏幕组成，通过键盘直接输入设定参数；手机短信可以由ＣＰＵ解析出实际的内容，从而达到设定参数的目的。

将设定好的参数和温度传感器采集的信号做比较，ＣＰＵ会根据比较的结果做出相应的控制处理。

整体设备要求具有以下功能：１）数据采集、处理功能；２）通过短信控制热水器加热功能；３）手动控制，使普通热水器增加人工预设功能，并有ＬＣＤ显示。

系统框图如图１所示。

图１　系统框图１．２　ＣＰＵ选型采用的ＣＰＵ为Ｃ８０５１Ｆ０２０，其具有丰富的Ｉ／Ｏ引脚和中断源，片上集成ＦＬＡＳＨ，具有掉电保护的功能。

它使用的是５１的内核，与５１单片机兼容。

速度快、稳定性高、操作简单，非常适合做本款设计。

１．３　电源设计电源模块需要给控制电路、加热电路和其它电路供电，所以一共有３个电压源［１］。

家用交流电进入后分成两路：第一路用于给加热设备供电；第二路用于降压整流后给控制电路和其它的外设供电。

其中，第二路经降压整流滤波后成为１２Ｖ的直流电，然后经过７８０５芯片转化成５Ｖ的稳定电源，可以给传感电路等外设供电［２］。

５Ｖ电源后经过ＡＳＭ１１１７降压芯片后成为３．３Ｖ的电源，用于给ＣＰＵ等控制电路供电。

具体设计电路如图２所示。

图２　电源电路１．４　温度信号采集电路采用的是１８Ｂ２０的数字温度传感器，这款传感器具有测温范围广、稳定性好、测量结果精确的特点。

使用１８Ｂ２０的温度传感器，不需要对采集的信号做任何处理，直接将其输入到ＣＰＵ，节省了信号放大电路和ＡＤ转换电路，使设计更加简洁。

因为１８Ｂ２０的温度传感器不能直接采集水温，所以，采用一个密封的铁质探头将其密封，由于金属的导热性较好，故采用铁质探头。

然后将信号线用橡胶管密封，达到防水的效果。

１．５　ＧＳＭ信号电路本设计重点在于可以通过手机设定温度和预约时间，所以ＧＳＭ信号的接收和发送电路是设计的核心。

采用德国西门子公司的ＴＣ３５Ｉ作为设计的ＧＳＭ模块，西门子ＴＣ３５ｉ工业ＧＳＭ模块是一个支持拨号、发送中文短信息的工业级ＧＳＭ模块，工作ＥＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００双频段，通过接口连接器和天线连接器分别连接ＳＩＭ卡读卡器和天线，加上额外的控制电路组成ＧＳＭ短信收发模块，ＴＣ３５ｉ由供电模块（ＡＳＩＣ）、闪存、ＺＩＦ连接器、天线接口等６部分组成。

作为ＴＣ３５ｉ的核心基带处理器主要处理ＧＳＭ终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

将ＧＳＭ模块的串行通信口和ＣＰＵ的串行通信口相连，通过ＡＴ指令来控制ＴＣ３５接收和发送短信。

ＡＴ即Ａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ＡＴ指令一般应用于终端设备与ＰＣ应用之间的连接与通信。

ＡＴ指令集是从终端设备（ＴｅｒｍｉｎａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＴＥ）或数据终端设备（ＤａｔａＴｅｒｍｉｎａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＤＴＥ）向终端适配器（ＴｅｒｍｉｎａｌＡｄａｐｔｅｒ，ＴＡ）或数据电路终端设备（ＤａｔａＣｉｒｃｕｉｔＴｅｒｍｉｎａｌＥ‐８７长春工业大学学报（自然科学版） 第３５卷ｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＤＣＥ）发送的。

将收到的短信进行解析判断后，ＣＰＵ将根据解析的信息作出相应的控制。

具体设计电路如图３所示。

图３　ＧＳＭ模块电路９７第１期 刘丽伟，等：基于ＧＳＭ网络的智能家居热水器１．６　人机交互模块当我们在家的时候，不需要使用手机进行远程控制，可以直接使用人机交互界面对热水器进行控制。

人机交互电路由１块１２８６４的液晶和３个独立按键组成。

１２８６４显示当前水温、设定水温、预设时间等信息［３］，３个按键用于调节控制设定的水温和预设时间。

１２８６４使用串行通信直接和ＣＰＵ进行数据传输。

独立按键一端和ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ口相连，一端接地［４］。

当某个键按下的时候，则在ＣＰＵ的端口检测到低电平，ＣＰＵ从而做出相应的控制。

具体设计如图４所示。

图４　人机交互模块电路１．７　继电器控制电路控制电路使用的是弱电，而热水器的加热电路使用的是２２０Ｖ的强电，所以中间必须加上控制转换电路，实现弱电控制强电的目的。

文中使用的是光电隔离的继电器模块，实现控制的目的［５］。

光继电器为ＡＣ／ＤＣ并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。

输入端和输出端电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。

本设计采用光继电器，有效隔离弱电和强电［６］。

２　软件设计 当设备上电以后，ＣＰＵ首先将ＧＳＭ模块、温度传感模块、液晶显示屏进行相应的初始化设定。

然后读取ＦＬＡＳＨ的值，确定上次设定的参数。

开启定时器，每隔一秒后预约时间减一。

然后进入一个死循环，在这个循环中做如下处理：１）检测现在的水温；２）判断是否收到短信，如果收到短信，则解析短信内容，将预约时间和温度赋值给全局变量。

没有收到短信进行下一步；３）判断是否有按键按下，如果有，则根据按键设定相应的预约时间和温度；４）判断预约时间是否到零。

如果是，继续判读预约温度是否大于现在的水温，是则开启继电器进行加热，否则关闭继电器，继续倒计时，停止加热；５）跳到１），循环执行。

具体设计流程图如５所示。

３　结　语 设计了一款智能家居热水器，从硬件和软件两个方面出发，进行了完整的设计。

通过ＧＳＭ网络，使用手机发短信的方式实现对热水器的远程控制。

同时也有人机交互界面，实现对热水器的人工控制。

通过１８Ｂ２０实现对水温的精确采集，整体指标满足设计要求。

０８长春工业大学学报（自然科学版） 第３５卷图５　软件设计流程参考文献：［１］　李鸿．用单片机控制手机收发短信息［Ｊ］．电子技术应用，２００３（１）：５８‐６０畅［２］　刘涛．基于手机ＴＣ３５模块的单片机短消息收发系统［Ｊ］．电子技术，２００３（３）：３６‐３８．［３］　ＣｕｌｌａｒＤ，ＥｓｔｒｉｎＤ，ＳｔｒｖａｓｔａｖａＭ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒ，２００４，３７（８）：４１‐４９畅［４］　苑文举，赵孔新，刘丽伟，等．基于ＧＰＲＳ的汽车防盗无线远程报警器［Ｊ］．长春工业大学学报：自然科学版，２００８，２９（４）：３９１‐３９４畅［５］　白凤娥，霍利峰，刘振峰．基于Ｃ８９５１Ｆ０２０单片机系统的ＵＳＢ扩展［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２０（３）：１２５‐１３０畅［６］　郝瑞晶，郝瑞东，杨济安．ＧＳＭ‐Ｒ无线网络中分量规划的研究［Ｊ］．重庆邮电大学学报：自然科学版，２００７，１９（２）：１７７‐１８３畅１８第１期 刘丽伟，等：基于ＧＳＭ网络的智能家居热水器基于 GSM 网络的智能家居热水器作者：刘丽伟， 于硕， 孙晓慧， 许树良， LIU Li-wei， YU Shuo， SUN Xiao-hui， XU Shu-liang作者单位：长春工业大学计算机科学与工程学院,吉林长春,130012刊名：长春工业大学学报（自然科学版）英文刊名：Journal of Changchun University of Technology (Natural Science Edition)年，卷(期)：2014(1)本文链接：/Periodical_jlgxyxb201401015.aspx。