基于單片機的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)1

1、編號:校級大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目申報書項目名稱：基于單片機的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)申 請 者：所在院系：專業(yè)年級：指導教師：起止時間：聯(lián)系電話：電子信箱：申報時間：項目名稱基于單片機的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)申請經(jīng)費起止時間2011.3.15-2012.3.15負 責 人學號姓名年級所在院系、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail參 加 成 員指 導 老 師姓名職稱所在院系聯(lián)系電話E-mail項目負責人獲獎情況：研究內(nèi)容提要：本課題擬以單片機技術(shù)，成熟的GSMS信網(wǎng)絡和各種傳感器的應用來實現(xiàn)智能家居環(huán) 境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能全天監(jiān)控家居環(huán)境，由各傳感器采樣信息，經(jīng)過處理器處理，實時 以短信的方式報告信息，以便主人

2、能采取及時有效的措施。對于家庭防火防盜有著現(xiàn)實的 意義，保障財產(chǎn)安全等。一、 項目申請理由研究的目的和意義：隨著社會的發(fā)展，人們的安全意識越來越強，尤其是家居安全，一方面需要防止煤氣 泄露、火災等意外事件的發(fā)生，一方面還需要防止強盜陌生人等的進入，這就對家居環(huán)境 監(jiān)測提出了較高的要求，所以要求有更加智能化的監(jiān)控設備的產(chǎn)生，以保證人們的人身以 及財產(chǎn)安全。目前市場上的一些家居監(jiān)控系統(tǒng)的價格非常高，普通老百姓承受不了如此高的價格， 所以智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的普及率比較低，本課題的研究將會大幅度的降低其成本，使之真 正的能進入每家每戶，真正的使每家每戶的財產(chǎn)安全得到保障。二、項目研究內(nèi)容國內(nèi)外本項目的研

3、究狀況：目前遠程監(jiān)控主要有以下幾種方式：短距離長線監(jiān)控；通過市話網(wǎng)；通過internet 網(wǎng) 絡；通過自組網(wǎng)絡（CDPD網(wǎng)）；通過數(shù)傳電臺等方式。短距離長線監(jiān)控和通過自組網(wǎng)絡（CDPD 網(wǎng)）首先要自行建設通信網(wǎng)絡，建網(wǎng)初期投資巨大，運營期間自主維護耗費人力物力較大， 信號質(zhì)量得以保證，效果好，相對運營費用高；通過市話網(wǎng)和internet方式以現(xiàn)有的網(wǎng)絡 為依托,無需自行建設通信網(wǎng)絡，但是由于市話網(wǎng)和 internet 難以達到工業(yè)現(xiàn)場覆蓋面, 接入網(wǎng)絡受到限制，局限性很大，網(wǎng)絡運行效果取決于網(wǎng)絡運營商，線路安全不能得到保 證，其通信效果好，信號量大，運營費用相對低廉；數(shù)傳電臺出現(xiàn)較早，應用很廣

4、泛，是一 種不錯的無線數(shù)傳方式，但是建網(wǎng)初期投資巨大，數(shù)傳電臺的傳輸范圍有限，而且容易受 到空間無線信號的干擾，信號不能得到保障，但是數(shù)傳電臺信號傳輸實時性好，運行費用 低。因此目前這些遠程監(jiān)控系統(tǒng)無論從成本、可靠性、穩(wěn)定性、使用方便性、還是維護的 難易程度等方面都不能最大限度的使人滿意。本系統(tǒng)把GSM絡引入到遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，提出了基于PLC的GSMS消息的遠程監(jiān)控 系統(tǒng)。GSMR絡是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟完善、覆蓋面最廣、功 能最強、用戶最多的移動通信網(wǎng)絡。在本系統(tǒng)中由于GSMS消息業(yè)務不需要建立撥號連接， 只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)

5、到GSME線數(shù)傳模塊中，通過GSMK塊與PLC的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)（信息）的傳遞，最終實現(xiàn)對控制目標的監(jiān) 控。運用GSM消息實現(xiàn)遠程監(jiān)控可靠性高、信號傳播距離遠、覆蓋面積廣，并且可以節(jié) 省建網(wǎng)初期的巨額投資，運營期間無需維護網(wǎng)絡，運行費用低廉。目前基于GS喇信息的遠程監(jiān)控國內(nèi)有很多研究，應用也很廣泛，如利用GSMK現(xiàn)車 輛遠程監(jiān)控和調(diào)度管理信息化、利用 GSMS行棉田水分的遠程監(jiān)測、利用 GSMS行機械設 備的遠程監(jiān)控和故障診斷等，但這些遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器件多采用單片機或DSP而將PLCt GSMK塊結(jié)合進行遠程監(jiān)控的研究很少，雖然單片機相比較PLC而言價格上有優(yōu)勢、在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方面

6、優(yōu)于 PLC但用單片機進行控制抗干擾能力差，穩(wěn)定性和可靠性低、通用性、設計、安裝、調(diào)試等方面都比PLC控制遜色不少，例如：用單片機實現(xiàn)自動控制，一般要在輸入、輸出接口上做大量的工作，要考慮現(xiàn)場與單片機的連接、接 口的擴展、輸入/輸出信號的處理、接口的工作方式等，其調(diào)試也比較麻煩。因此將PLC與GSM1塊結(jié)合進行遠程監(jiān)控在安全性、穩(wěn)定性要求較高的場合如：家居遠程監(jiān)控和汽車防盜 遠程監(jiān)控方面，應用更為合理，設計、安裝和調(diào)試也更為方便。參考文獻：1楊士元.遠程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展J.電子產(chǎn)品世界，2005, 2: 582曹京生.PLC輸入端擴展技巧J.機械制造與自動化，2004, 3: 103-1053鄭

7、斌，威傳輝.GSM（據(jù)傳輸裝置白研究與實現(xiàn)J.信息工程大學學報，2003, 3: 62-644臧懷泉，李海生.基于GSM1消息的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.燕山大學 學報，2005, 1第29卷，第一期：55-585三菱電機公司.FX2N系列微型可編程控制器使用手冊6邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡通信及應用M.北京：清華大學出版社，20007王整風，謝云敏.可編程控制器原理與實踐M.上海：上海交通大學出版社， 20078廖常初.FX系列PLC編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，20079吳軍基，王文斌，張鵬.基于GSMS消息遠程抄表系統(tǒng)研究D.電力自動化設 備，2006.4 第 26 卷：102-1

8、0410邱文靜.基于GSMS信的家居設施監(jiān)控系統(tǒng)設計D.碩士學位論文2005.611謝惠玲，牛林，何燕.基于PLC的GSM/SMS訊的實現(xiàn)EB/OL.熱點論壇， 200512謝嘉奎.電子線路.北京：高等教育出版社M , 1999, 6.第四版項目的創(chuàng)新點：.目前市場上常見的防盜報警系統(tǒng)的通信方式有電話撥號、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等等。但是它們有各自的缺點。本課題設計了基于GSM短信模塊的智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以解決這些隱患，讓家庭防火防盜更及時、使用更方便。它不再依賴有線電話 執(zhí)行報警，而是借助最可靠、最成熟的GSMS動網(wǎng)絡，以最直觀的中文短信息形式，直接把報警地點的反映到您的手機屏幕上。.

9、當用戶離家時，把系統(tǒng)置于工作模式，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設定的時間，室內(nèi)電燈開關(guān)、 聲音播放給盜犯一種家中有人的感覺，起到迷惑盜犯的目的，使其放棄偷盜意圖。.此系統(tǒng)體積小，所用成本少，對于一般家庭都能接受。研究詳細內(nèi)容、研究方案：1.工作原理及硬件系統(tǒng)設計：防火防盜探測器不斷地進行采集，當在警戒范圍內(nèi)出現(xiàn)人體時、家中發(fā)生煤氣泄漏 或火災時，信號處理電路向單片機輸出信號，單片機與雉模塊通信，短信通知家主。整套 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖(1)微處理器：此部分是以單片機為核心，用來控制 A/D轉(zhuǎn)換器的相應寄存器，并完成 模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、設定采樣頻率、同無線通訊模塊交換數(shù)據(jù)等

10、操作。本課題采 用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，其CPU采用與MCS-51兼容的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 AT89S5統(tǒng)一款帶有8 kB可在線編程Flash存儲器的低功耗、高性能8位CMO微控制器。 AT89S5現(xiàn)供以下標準功能：8 KB的Flash存儲器、256字節(jié)RAM 32根I/O引線、看門 狗定時器、兩個數(shù)據(jù)指針、3個16位定時器/計數(shù)器、一個六向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全 雙工通訊端口、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。上述功能能夠滿足系統(tǒng)硬件部分的設計要求。GSM模塊：圖2為GSM模塊與單片機的連接示意圖。圖2 GSM模塊連接圖系統(tǒng)采用TC35I型號的GSMK塊。TC35I短信模塊是一款雙頻

11、900/1800MHZ高度 集成的GSM1信模塊。在 GSk絡日臻完善的今天， TC35I短信模塊秉承了西門子一 貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它可以在較短的時間內(nèi)花費較少的成本開發(fā)出新穎二的產(chǎn)品。在遠程監(jiān)控和無線公話以及無線POS端等領(lǐng)域都能看到 TC35I短信模塊無線模塊在發(fā)揮作用，使用它產(chǎn)品的質(zhì)量和性能可以得到保證。TC35I短信模塊體積小、重量輕、低功耗和支持數(shù)據(jù)、語音、短消息及傳真。支持電壓范圍：3.3至4.4V。電流消耗：3.0 mA （睡眠）10.0 mA （閑置）300 mA （通話，最高2.0 A） 100（掉電）。TC35I短信模塊輸出功率：2W共別4, for EGSM）

12、00和1W關(guān)別1, for GSM1800。TC35I短信模塊機械特性：尺寸：54.5 x 36 x 6.75 mm重量：17g環(huán)境溫度：-20 C to +55 0 C （ GSM 11.10 標準）。數(shù)據(jù)特征：CSD最大達到14.4 kbps、USSD 不透明模式。 譯碼方式： CS 1,2,3,4TC35I短信模塊接口 ：40 腳連接電源接口SIM 3 V 接口標準RS232雙向接口模擬語音接口 0 50歐姆天線連接器圖3 TC35I功能框圖(3)鍵盤和顯示：為了實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生警情時能夠向指定的號碼發(fā)送短信息的功能，則必須有鍵盤和LED顯示，對對防盜報警系統(tǒng)進行電話號碼的預設。本設計選用

13、HD7279作為 鍵盤顯示驅(qū)動。該芯片支持 64鍵盤和8位數(shù)碼管動態(tài)顯示，與傳統(tǒng)的鍵盤顯示芯片 8279 相比，外圍芯片少，與CPK有4線串行通信，大大節(jié)約了 CPlffi I/O 口的資源。圖4 HD7279結(jié)構(gòu)圖(4)傳感器：要實現(xiàn)防盜、防火、防燃氣泄漏，相應的傳感器是必不可少的，而無論是 哪種傳感器，其最終輸出的都是開關(guān)量。紅外傳感器對于防盜傳感器，本系統(tǒng)采用主動式紅牌對射傳感器，相對于傳統(tǒng)的被動式熱釋 紅外傳感器主支式對射紅外傳感器安裝于門窗及一切需要設防的位置，采用多光束綜合判斷，當有一定體積的障礙物遮擋時，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報煙霧傳感器本設計選用離子式煙霧傳感器，它是

14、一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被 廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災報警器。溫濕度傳感器由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實際人們的生活中都有著密切的關(guān) 系，所以溫濕度一體的傳感器可以應用于此系統(tǒng)。溫濕度傳感器可以將溫度量和濕度量轉(zhuǎn) 換成容易被測量處理的電信號。在傳感器與單片機之間，還有放大電路。使傳感器采集的信號放大，通過 A/D轉(zhuǎn) 換，給處理器信號。圖5兩級放大電路(5)繼電器：家用電器控制系統(tǒng)是用一個固態(tài)繼電器來控制家電開關(guān)的，本設計可以通 過ULN2003驅(qū)動繼電器，繼電器開關(guān)。圖6繼電器控制電路(6)實時時鐘：實時時鐘芯片采用 Dallas公司生產(chǎn)的D

15、S1302,該芯片附加31字節(jié)靜態(tài) RAM ,可通過簡單的串行總線與單片機進行通訊， 實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、 月和年，一個月小于31d時可自動調(diào)整，包括閏年，有效到 2100年。可采用12h或24h方式計時，采用雙電源供電，可設置備用電源充電方式，芯片為8引腳小型DIP封裝。圖7 DS1302封裝圖圖8 DS1302結(jié)構(gòu)圖(7)遙控器：為了實現(xiàn)用戶在進入防區(qū)前或離開防區(qū)后能對系統(tǒng)的布、撤防狀態(tài)進行改 變，本設計選用了 315M調(diào)幅遙控器，該遙控器具有以下優(yōu)點：工作在業(yè)余頻段，不用花 錢購買頻點；有效距離遠，一般可達 200-1000m；有豐富的地址供用戶選擇。(8)報警電路系統(tǒng)報

16、警電路采用單片機驅(qū)動的蜂鳴器，如圖9所示TEXTJ Q1, RNF .圖9鋒鳴器電路(9) A/D轉(zhuǎn)換：ADC08091帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及與微處理機兼容的控制邏輯的CMOSS件。它是逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。下圖 10為AT89S5* 8路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809勺接口電路。ALEP0AT89S52WRP2.7IG7ALS373OCLDkQ-A7MA2A1A0CLKV REF(-)V REF(+)ADC0809D7D0 IN0STARTALE8IN7RDOEEOCP3.3圖10 Adc0809與單片機接口電路2、系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)主程序流程圖如下圖11

17、所示開始A/D轉(zhuǎn)換流程圖ADC0809負責將電流形式的脈搏信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖數(shù)字信號，并傳送至從單片機。轉(zhuǎn) 換過程如圖12所示。10圖12 A/D轉(zhuǎn)換流程圖三、擬利用實驗室資源電流表、電烙鐵、函數(shù)發(fā)生器、穩(wěn)壓源、計算機、單片機試驗箱等示波器、電壓表、 實驗室常用設備。11四、項目進度安排及 預期成果主要研究階段 （起止時間）階段預期成果成果形式2011.3.152011.4.15理論分析、資料查閱、項目總 體規(guī)劃設計圖紙（電路原理圖）中期2011.4.162011.8.16制作電路板，組裝各功能模塊硬件電路后期2011.8.172012.3.15軟件編寫以及最終硬件調(diào)試實物最終研究成果最終成果名稱最終成果形式基于單片機的智能家居遠程 監(jiān)控系統(tǒng)實物+論文技術(shù)路線的可行性論證：.課題組成員在遠程監(jiān)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究方面有著一定的積累，能夠為課題的 研究提供各種理論指導。.課題組成員熟悉各種傳感器、51系列單片機