智能家居控制系统

智能家居控制系统设计方案．

智能家居控制系统设计方案

摘要：本文研究和设计了一种应用于智能家居环

境中的远程自动控制系统方案。它将操作指令由GSM手机经GSM网络传至家中的值守GSM模块，再由该GSM模块通过由单片机控制的红外无线局域网传输红外信息

来控制家电动作，完成对信息家电的控制意图，并可将信息家电的信息反馈回来，以便进行下一步的控制。系统安全可靠，性能稳定。同时该系统除用于家庭设备远程自动控制外，也可用于家庭通信、家庭安全防范，共同组建智能家居控制系统。

21世纪是信息化的世纪，各种通信和互联网等技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统的出现使得人们可以通过手机

或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器(空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机)进行远程控制；可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……而这一切的实现都仅仅是轻轻该系

统还可使此外，的点几下手机按键或鼠标。．

家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒

适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的

情况下，家内家外(在家内通过无线局域网，在家外通过电信或互联网)都能对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便的控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现

代生活。

1 智能家居系统控制的工作原理

本系统是基于红外和GSM网络的用于智能家居环境中的一种远程自动控制系统。其工

作原理为：用户通过自身的手机发出命令短消息，在家值守的GSM模块接收到命令后发送给主机(单片机)，主机通过对命令的处理，把命令通过红外传输到相应的分机(单片机)上，分机对命令处理后，启动相应设备，完成用户给出的命令并向主机回复应答，主机收到应答后，通过GSM模块发出回复短消息，报告用户完成命令。若在规定的时间内(这里定时60s)主机没有接收到分机回复操作无即把该操作认为无效，的回复信息，

效短消息给用户手机，要求用户重新发出命令。若收到的短信息有误，主机便立刻回复用户该操作无效，请求重新发出命令。系统构成如图1所

示。

图1 系统构成图

2 硬件设计

2.1 MCU与GSM通信模块

本单片机通过RS232串行通信接口与GSM

模块通信，提取GSM设备的短信，发送相关的信息，并通过串行通信接口与红外模块相连，利用红外模块，达到主、分机之间的通信，因此，选用AT89S52芯片。控制上需要用到两个串行接口，但89S52只有一个串口，故还需要在程序中进行模拟串行接口通信。其最简外部接线电路所示。2如图

图2 AT89S52外部接线

89S52与TC35之间通过异步串行接口进行通信，通信速率为9600b/s，具有1位起始位、8位数据位、1位停止位，无奇偶校验。单片机启动后，便发出AT+CMGD一2指令，清除第二存储空间的数据，然后不断地发出指令读取第二存储空间。若有数据，即表示接收到数据，并开始对数据进行处理，

处理完毕后再把该空间数据删除。当单片机向手机发出短消息时，单片机会向GSM模块发出AT、AT+CMGF=0、AT+CMGS=X 一系列的指令，当接收到回复信息后，最后发出短消息的内容。

红外无线通信模块2.2

红外发送器电路如图3所示包括38kHz晶体振荡器、反相器、与非门、驱动门Q1和红外发射管D1等部分。其中38kHz晶体振荡器、电阻

R3和反相器组成脉冲振荡器，用以产生

38kHz的脉冲序列作为载波信号，红外发射管D1选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。

图3 红外发射器电路图

红外接收器电路如图4所示，当接收器收到

数位作时，Q2管导通，使得RXD接收到低电平，收到数位?时，Q2管截至，RXD接收到高电平。．

图4 红外接收器电路图

2.3 模拟控制

本系统将以不同的电机做出不同的动作，来模拟说明智能家居对系统控制的响应。如图5所示，当分机的单片机收到本机的地址信息，便提取信息中的数据，根据数据的命令，若把P0.0，P0.1脚置成低电平，其他为高电平，则Q3、Q4管导通，电机便正向旋转，若把P0.2，P0.3脚置成低电平，其他为高电平，则Q5、Q6管导通，电机便反向旋转(以前一情况为正向时)。若一台分机上连多个电机，有多台分机，便可以实现在智能家居环境中对家庭各个设备的同步控制。．

图5 电机驱动电路

3 软件设计

3.1 单片机主程序设计

主机上电复位后进行初始化，然后不断地对GSM模块进行扫描查询。当查询到GSM模块接收到用户发送的短信时，便对短信进行处理，提取相关信息，然后通过红外模块相分机发送相应的命令数据。接着就在一定时

间(可根据用户需要调整，这里设为60s)内等待分机的回复信息。当接收到回复信息或规定时间内没有接收到分机的回复信息，主机都返回到扫描查询状态。所示。6主机主程序流程图如图

图6 主程序流程图

分机上电复位后进行初始化，然后等待接收主机发送的命令信息。接收到命令信息后，从中提取地址和数据信息，若为本分机地址，则对数据进行处理并作出响应，同时向主机发送确定信息；若非本分机地址，则返回，继续等待主机发送的命令信息。分机主程序流程图如图6(b)所示。

3.2 中断程序设计

本系统需要模拟串行数据发送和接收，所以需要用上外部中断来接收数据，确保数据传输的同步性和实时性。每接收一位数据，中断都会响应一次，接收8位为一个有效数据，接收8个数据为所示。7(a)一个数据帧。外部中断流程图如图

图7 中断程序流程框图

为了确保主机正常工作。加入主机等待分机回复的等待时间。而为了时间的实时性和准确性，用到单片机内部的定时器1.设定其工作模式为模式1，初值为Ox4bff(5Oms)。中断20次为1s，60次循环为60s，当60s 到时，标志位置位后返回。时间中断流程图如图7(b)所示。