基于GPRS的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_圖文

1、浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào),第22卷第1期,2010年2月Journal of Zhejiang University of Science and TechnologyVol.22No.1,Feb.2010基于GPRS的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)許凱軍,林國錫,侯北平(浙江科技學(xué)院自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,杭州310023摘要:采用C8051F021單片機(jī)控制GPRS modem的方法,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸,使用戶可以遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備,同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)捕獲到異常信息時(shí),會(huì)發(fā)送報(bào)警短信和圖片給設(shè)定用戶,并完成相應(yīng)的應(yīng)急措施。測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)功能完善,能實(shí)現(xiàn)基本的家居安防功能,具有較高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:GPRS;單

2、片機(jī);智能家居;遠(yuǎn)程控制中圖分類號(hào):TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):167128798(20100120026205System design of intelligent security household based on GPRSXU Kai2jun,L IN Guo2xi,HOU Bei2ping(School of Automation and Electrical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou310023,ChinaAbstract:The way t hat using t

3、 he C8051F021single2chip microcomp uter to co nt rol GPRS (general packet radio servicemodem is capable of achieving wireless t ransmission of data,and allows users to control household devices by wireless way.When t he system detect any abnormal information it will send messages or pict ures to t h

4、e user and take related emergency measures.This system can basically realize t he ho usehold security f unctions,in which t he p ractical value of t his design is well exhibited.K ey w ords:GPRS;MCU;intelligent household;remote cont rolGPRS(General packet radio service具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、通訊質(zhì)量高和永久在線等優(yōu)點(diǎn)。目前,

5、GPRS無線通訊技術(shù)已經(jīng)比較成熟,而且在工業(yè)中的使用也越來越廣泛。電力控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)和水庫大壩監(jiān)控系統(tǒng)都已成功應(yīng)用了GPRS無線通訊技術(shù)1。1984年,美國出現(xiàn)了第一幢智能建筑,之后在德國、日本、新加坡等地GPRS都得到了廣泛的應(yīng)用2。不久,智能家居系統(tǒng)這個(gè)概念便進(jìn)入了中國。國內(nèi)很多從事本領(lǐng)域研究的專家和學(xué)者也已做過相應(yīng)的研收稿日期:2009208202基金項(xiàng)目:浙江省重大科技專項(xiàng)工業(yè)項(xiàng)目(2007C11117作者簡介:許凱軍(1988,男,浙江天臺(tái)人,自動(dòng)化專業(yè)本科生。通訊作者:侯北平,副教授,博士,主要從事運(yùn)動(dòng)控制、智能監(jiān)控研究。究,但是這項(xiàng)技術(shù)并沒有很好地在人們的日常生活中得到應(yīng)

6、用,究其原因主要是:缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),缺乏個(gè)性化,產(chǎn)品成本過高,社會(huì)需求少,產(chǎn)品安裝繁瑣等3。隨著人們生活水平的日益提高,實(shí)現(xiàn)家居智能化是大勢(shì)所趨。在結(jié)合智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文主要論述了GPRS 在智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。1 系統(tǒng)總體方案圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案Fig.1Overall design系統(tǒng)利用C8051F021單片機(jī)將GPRS模塊、液晶顯示器、鍵盤、報(bào)警器、煙霧采集模塊、煤氣泄漏采集模塊1、紅外傳感器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和家電控制系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起,構(gòu)成了功能完善的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括報(bào)警和遠(yuǎn)程控制兩大功能:當(dāng)煙霧

7、采集模塊檢測(cè)到煙霧量超過一定值時(shí),煤氣泄漏采集模塊檢測(cè)到煤氣泄漏時(shí),紅外傳感器檢測(cè)到有人強(qiáng)行闖入時(shí),都會(huì)向用戶發(fā)送報(bào)警短信,同時(shí)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)記錄盜賊的活動(dòng),并發(fā)送圖片給用戶;用戶通過發(fā)送短信控制家居設(shè)備,如打開空調(diào),關(guān)閉電腦,打開電飯煲等。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行模塊兩大模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括煙霧傳感器、煤氣泄漏采集模塊、紅外傳感器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī);執(zhí)行模塊包括家電控制系統(tǒng)、報(bào)警器、鍵盤、GPRS 模塊。完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn):一是通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收短信;二是利用串口將采集進(jìn)來的圖像傳輸給GPRS modem ,然后通過GPRS 傳輸給用戶;三是對(duì)傳感器采集進(jìn)來的信號(hào)

8、進(jìn)行合適處理,如當(dāng)檢測(cè)到火警信息時(shí),應(yīng)打開自動(dòng)滅火裝置,并發(fā)送報(bào)警短信給用戶等。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)和串口通訊模塊控制系統(tǒng)的主要功能是利用繼電器控制用電設(shè)備的打開和關(guān)閉,其控制端直接受單片機(jī)I/O 控制。GPRS 模塊連接到單片機(jī)需要作電平轉(zhuǎn)換,MAX232是比較常用的電平轉(zhuǎn)換芯片,其原理如圖2 所示。圖2串口原理圖Fig.2Schematic diagram of serial port2.2紅外檢測(cè)模塊、煙霧采集模塊、煤氣泄漏采集模塊紅外傳感器結(jié)合電壓比較器來判斷有無接收到紅外信號(hào),在電路設(shè)計(jì)時(shí)將狀態(tài)端連接到單片機(jī),單片72第1期許凱軍,等:基于GPRS 的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

9、機(jī)通過獲取紅外狀態(tài)端有無電平的變化來判斷有無盜賊進(jìn)入房間。當(dāng)檢測(cè)到電平變化時(shí),立即觸發(fā)開啟攝像頭進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集,原理如圖3所示。通過A/D 將煙霧采集模塊和煤氣泄漏采集模塊采集進(jìn)來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),單片機(jī)通過對(duì)數(shù)字信號(hào)的分析,判斷需要采取哪些措施 。圖3紅外傳感器應(yīng)用電路Fig.3Circuit design of infrared sensors2.3 圖像采集模塊圖4數(shù)字?jǐn)z像頭Fig.4Digital camera圖像采集模塊采用了J PEG 壓縮串口輸出攝像頭模塊C32827640,這個(gè)模塊可設(shè)置V GA/CIF/SIF/QCIF/160×128/80×64

10、的6種圖像分辨率,自動(dòng)檢測(cè)波特率與主機(jī)通信。連接引腳:VDD ,GDN ,T ×D ,R ×D ,攝像頭模塊實(shí)物如圖4所示。所以,可以直接利用串口即可將采集進(jìn)來的圖像傳輸給單片機(jī)。基于單片機(jī)內(nèi)存和性能的限制,將攝像頭的分辨率設(shè)置為160×128。2.4控制模塊控制模塊是利用繼電器控制家用電器打開或者關(guān)閉。在家用電器內(nèi)部的電源電路做修改存在一定風(fēng)險(xiǎn)性,所以控制模塊安裝在每個(gè)家用電器的插座上比較切合實(shí)際情況。當(dāng)系統(tǒng)接收到中斷信號(hào)進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)時(shí),主要的任務(wù)就是發(fā)送開關(guān)量信號(hào)給“控制模塊”,從而實(shí)現(xiàn)打開或者關(guān)閉家用電器。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為確保系統(tǒng)正常工作,在系統(tǒng)上電時(shí)需

11、對(duì)所有模塊進(jìn)行初始化,如果GPRS modem 無法完成初始化,液晶顯示器將顯示詳細(xì)的錯(cuò)誤信息。只有在初始化通過之后,系統(tǒng)才能不斷檢測(cè)各個(gè)傳感器的狀態(tài)并對(duì)GPRS 接收進(jìn)來的短信進(jìn)行分析,以完成用戶指定的任務(wù)。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)總體方案如圖5所示。3.1使GPRS 模塊完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)GPRS 模塊通過串口與單片機(jī)進(jìn)行通訊,單片機(jī)通過發(fā)送A T 指令控制GPRS 模塊。聯(lián)網(wǎng)初始化流程如表1所示6。3.2實(shí)現(xiàn)短信的收發(fā)在發(fā)送和接收短信之前,需要對(duì)短信的接收和發(fā)送格式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。如果短信收發(fā)的內(nèi)容全部為英文字符或者數(shù)字,就可以采用t xt 的格式直接發(fā)送和接收數(shù)據(jù);若短信包含中文字符,則應(yīng)采用PDU 格

12、式進(jìn)行發(fā)送和接收,具體設(shè)置的A T 指令如表2所示6。82浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)第22卷 圖5系統(tǒng)總體方案框圖Fig.5Block diagram of overall proposal表1聯(lián)網(wǎng)初始化T able 1The initialization of network interconnectionA T 指令功能描述設(shè)置成功返回值A(chǔ) T檢測(cè)串口是否工作正常O K A T +CPAS檢測(cè)是否可以接受A T 指令+CPAS :2O K A T +CM EE =2提供錯(cuò)誤詳細(xì)提示O K A T +IPR =115200按照需要設(shè)置相應(yīng)的波特率O K A T 3TSIMINS ?檢測(cè)是否有SIM 卡

13、3TSIMINS :0,1(有SIM 卡A T +CREG ?檢測(cè)是否已注冊(cè)本地網(wǎng)絡(luò)+CREG:0,1A T +CPIN ?查詢PIN 碼狀態(tài)+CPIN :READ Y表2短信功能初始化T able 2The initialization of SMS f unction A T 指令功能描述成功返回A T +CSCA ="+86138*"設(shè)置短信息中心號(hào)碼O K A T +CNMI =3,2,0,0,0設(shè)置短信接收模式O K A T +CM GF =1設(shè)置當(dāng)前為txt 模式O K A T +CM GS ="133*"向133*發(fā)送短信>A T +

14、CM GR =1讀取第一條短信信息屬性+短信內(nèi)容3.3實(shí)現(xiàn)GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP 連接的建立,進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā),如表3所示6。表3建立TCP/IP 連接T able 3Establishment of TCP/IP connectionTCP/IP 指令功能描述成功返回A T +ZPNUM ="cmnet","user","pwd"設(shè)置APN ,用戶名,密碼O K A T +ZPPPOPEN打開GPRS 數(shù)據(jù)連接+ZPPPOPEN :CONN ECTED O K A T +ZIPSETU P =1,61.144.216.219

15、,3333連接到TCP 服務(wù)器+ZIPSETU P :CONN ECTED O K A T +ZIPSEND =port ,length 向目標(biāo)地址發(fā)送TCP 數(shù)據(jù)提示>后再發(fā)送數(shù)據(jù)4系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)結(jié)果本次系統(tǒng)調(diào)試選用C8051F021單片機(jī)和中興GPRS 模塊(M E3000構(gòu)建了系統(tǒng)硬件平臺(tái),各個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行模塊全部獨(dú)立設(shè)計(jì)調(diào)試,最后與單片機(jī)進(jìn)行通訊。結(jié)果實(shí)現(xiàn)了:短信的收發(fā),圖片的采集92第1期許凱軍,等:基于GPRS 的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)送,自動(dòng)報(bào)警功能和遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備。系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定,到達(dá)了預(yù)期的效果,測(cè)試結(jié)果如表4、圖6和圖7所示。圖6和圖7為數(shù)字?jǐn)z像頭采集進(jìn)來

16、的圖片,通過TCP/IP 協(xié)議將圖片傳到指定的服務(wù)器上,通過彩信協(xié)議將圖片以彩信的形式發(fā)送給用戶。表4測(cè)試結(jié)果T able 4Test results系統(tǒng)觸發(fā)事件系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果系統(tǒng)回饋用戶短信內(nèi)容發(fā)送:air conditioner off關(guān)閉空調(diào)O K 發(fā)送:Light1off關(guān)閉1號(hào)燈O K 發(fā)送:rice cooker on打開電飯煲O K 發(fā)送:open computer打開電腦O K 盜賊破門而入(紅外狀態(tài)端電平發(fā)生變化報(bào)警器報(bào)警、攝像頭開始記錄發(fā)送盜賊圖片和短信給用戶檢測(cè)到煤氣泄漏報(bào)警器報(bào)警發(fā)送短信通知用戶檢測(cè)到煙霧信號(hào)報(bào)警器報(bào)警、攝像頭開始記錄 將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖片發(fā)送給用戶5結(jié)語基于單

17、片機(jī)和GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程智能安防家居控制系統(tǒng),具有成本低、開發(fā)周期短和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也可以很容易地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。展望未來,隨著3G 網(wǎng)絡(luò)逐步推廣和用戶手機(jī)終端的日益智能化,實(shí)現(xiàn)大量視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸已成為了現(xiàn)實(shí)。所以,實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備智能化和家居環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控必將提高人們的生活品質(zhì),同時(shí)也將成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn):1周中艷.基于GPRS 的智能家居報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)J .科技信息:職教與成教,2009(2:1602161.2趙繼春.基于GPRS 的無線智能家居安防系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)D .河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院,2007.3高小平.中國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J .低壓電器,2005(2:18221.4王長濤,韓中華,張楠.基于GPRS 的無線智能家居控制系統(tǒng)方案J .電子產(chǎn)品世界,2008(4:1132115.5金小萍.使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)GPRS 通信小系統(tǒng)的研究J .電子工程師,2007(7:18219.6中興通訊股份有限公司.中興通訊M E3000模塊