為給人們提供一個更加舒適、便捷、高效、安全的生活環(huán)境，建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)今的一個熱點(diǎn)問題。近年來，國際上許多大公司都提出相應(yīng)的解決方案，但至今為止，這一領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟。針對目前利用公共電話、國際互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)或者電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)的局限性，本文提出一種基于GSM技術(shù)的低成本智能家居系統(tǒng)，將給普通居民家庭生活方式帶來變革。
　　智能家居系統(tǒng)采用電子傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，對用戶提供全方位的服務(wù),同時對住房內(nèi)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時管理。它包括家庭內(nèi)部傳輸系統(tǒng)、家庭接入系統(tǒng)及智能傳感/ 執(zhí)行設(shè)備等幾個部分。
　　智能家居系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：
　　(1)住宅保安監(jiān)控報(bào)警(警情報(bào)知)。
　　(2)火警、煙警、有毒氣體泄露報(bào)警。
　　(3)閥控功能:有線電視信號、水、煤氣、各類家用電器通/ 斷控制。
　　(4)室內(nèi)空氣、溫度、濕度、光線的自動調(diào)節(jié)功能。
　　(5)聲音報(bào)警。
　　(6)GSM遠(yuǎn)程報(bào)警。
1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作過程
　　智能家居系統(tǒng)由系統(tǒng)主機(jī)、系統(tǒng)分機(jī)、GSM模塊、無線發(fā)射收發(fā)模塊等部分組成。其中，系統(tǒng)主機(jī)通過GSM模塊與用戶的手機(jī)進(jìn)行通信。其結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。主機(jī)與分機(jī)通過無線傳輸" title="無線傳輸">無線傳輸組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主機(jī)通過本地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)同系統(tǒng)分機(jī)進(jìn)行通訊、控制命令傳輸和信息反饋。

　　該系統(tǒng)正常工作時，首先由主機(jī)采集傳感器數(shù)據(jù)，并且判斷是否發(fā)生異常情況，如果發(fā)生異常情況則通過GSM模塊向用戶發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信息，并根據(jù)不同的異常情況發(fā)出不同聲音報(bào)警。如果主機(jī)無異常情況，則主機(jī)通過無線模塊按順序向各分機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集命令，分機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集結(jié)果打包后發(fā)送回主機(jī)，主機(jī)判斷分機(jī)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生異常，并進(jìn)行相應(yīng)處理。此外，用戶還可以通過手機(jī)發(fā)送短信息" title="短信息">短信息進(jìn)行訪問,當(dāng)用戶接收到報(bào)警信息時，可以根據(jù)報(bào)警的種類向主機(jī)發(fā)送短信息，對各被控量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，主機(jī)提取短信息并譯碼后進(jìn)行相應(yīng)的操作。
2 系統(tǒng)硬件
　　本系統(tǒng)的硬件主要分為系統(tǒng)主機(jī)與系統(tǒng)分機(jī)兩大部分。系統(tǒng)主機(jī)硬件框圖如圖2所示，由凌陽單片機(jī)SPCE061、傳感器單元電路、固態(tài)繼電器" title="固態(tài)繼電器">固態(tài)繼電器控制電路、GSM模塊、無線傳輸模塊、語音報(bào)警模塊等組成,并由固態(tài)繼電器控制具體設(shè)備。

　　系統(tǒng)分機(jī)硬件框圖如圖3所示，由凌陽單片機(jī)SPCE061、傳感器單元電路、固態(tài)繼電器控制電路、無線傳輸模塊等組成,并由固態(tài)繼電器控制具體設(shè)備。

2.1 SPCE061單片機(jī)
　　SPCE061A 是凌陽科技推出的16位微控制器。SPCE061A內(nèi)嵌32K字的閃存(FLASH)。較高的處理速度使μ′nSPTM能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。以μ′nSPTM為核心的SPCE061A微控制器適用于數(shù)字語音識別領(lǐng)域，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2 GSMSMS手機(jī)短消息模塊
　　GSMSMS模塊是“中國電子技術(shù)信息網(wǎng)”(www.cetinet.com)最新推出的系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品是在原GSMGPS模塊的基礎(chǔ)上改進(jìn)的通用產(chǎn)品。GSMSMS模塊由市面上的廉價(jià)手機(jī)和通訊適配電路組成，性能價(jià)格比高于GSMGPS。GSMSMS模塊利用手機(jī)短消息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是目前各種利用電臺做無線數(shù)傳的理想替代產(chǎn)品。GSMＧＰＳ模塊可廣泛用于遙控、遙測、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、防盜報(bào)警、交通運(yùn)輸監(jiān)控管理、廣告信息發(fā)布等場合。由于GSMSMS模塊不受地域限制，將其應(yīng)用于GPS系統(tǒng)是非常理想的設(shè)計(jì)方案。另外，GSMSMS模塊使用方便，可以直接跟單片機(jī)的UART接口，并且生產(chǎn)商可以提供詳細(xì)的GSMSMS模塊通信協(xié)議及相關(guān)調(diào)試軟件，用戶只要根據(jù)協(xié)議操作即可。
2.3 無線數(shù)據(jù)傳輸電路
　　無線數(shù)據(jù)傳輸電路采用PTR2000無線傳輸模塊，其顯著特點(diǎn)是所需外圍元件少, 因而設(shè)計(jì)非常方便。該模塊內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK調(diào)制/ 解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能,因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。PTR2000 的出現(xiàn)使人們擺脫了傳統(tǒng)無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困擾。該器件優(yōu)異的特性使得它非常適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。另外, 由于它采用了低發(fā)射功率、高靈敏度的設(shè)計(jì),因而可滿足無線管制的要求且無需使用許可證, 是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。
2.4 語音報(bào)警電路
　　SPCE061單片機(jī)具有語音功能，通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)很容易實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警。語音報(bào)警可以起到嚇阻等作用。2.5 看門狗電路
　　SPCE061單片機(jī)內(nèi)置看門狗電路。通常，在單片機(jī)的工作現(xiàn)場可能有各種干擾源，這些干擾源可能導(dǎo)致程序跑飛、死機(jī)或者程序不能正常運(yùn)行。如果不及時恢復(fù)或使系統(tǒng)復(fù)位, 就容易造成損失。看門狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機(jī)時,有效地使系統(tǒng)復(fù)位以恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.6 顯示模塊
　　顯示模塊采用凌陽公司的一款128×64點(diǎn)陣的液晶模組，驅(qū)動芯片是凌陽公司生產(chǎn)的SPLC501。此液晶模組的面板采用STN(Super Twisted Nematic)超扭曲向列技術(shù)制成，并且由128 Segment和64 Common組成。該液晶模組接口簡單，使用方便，且可以完成很多液晶特效功能。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)軟件采用匯編語言與C語言混合編程實(shí)現(xiàn)，主要包括主機(jī)和分機(jī)兩部分。
　　系統(tǒng)主機(jī)程序主要包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、傳感器數(shù)據(jù)采集程序、GSM模塊通信程序、語音報(bào)警程序、顯示程序、鍵盤輸入程序、看門狗程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序等。主機(jī)程序流程圖如圖5所示。

　　由于該系統(tǒng)采用的是一對多的雙向數(shù)據(jù)傳輸，因此每個分機(jī)都有標(biāo)識自己的地址碼。其通訊軟件主要分為兩部分：主機(jī)與分機(jī)的無線通訊軟件；單片機(jī)與GSMSMS模塊的串行通訊軟件。程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是主機(jī)、分機(jī)間無線通訊的準(zhǔn)確性。在程序設(shè)計(jì)中,采用通訊協(xié)議(Protocol) 的做法，由主機(jī)發(fā)出地址碼與操作指令,通知各分機(jī)采集數(shù)據(jù),同時進(jìn)行校驗(yàn)。每個分機(jī)都編有不同的地址碼，主機(jī)發(fā)送地址碼和操作指令時采用廣播通訊的方式，只有該地址碼與分機(jī)自身的地址碼相同時，表示主機(jī)查詢的就是該分機(jī),同時發(fā)送應(yīng)答信號,并準(zhǔn)備接收命令；而主機(jī)將收回的應(yīng)答信號與發(fā)出的地址碼相比較,不同則給出一次錯誤的信息，相同則可以控制已叫通的分機(jī)，這時已叫通的分機(jī)繼續(xù)接收主機(jī)發(fā)送的操作命令，并依據(jù)指令采集數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)整理、打包后通過PTR2000發(fā)送給主機(jī),直到接收到主機(jī)發(fā)來的執(zhí)行完成命令為止。SPCE061單片機(jī)與GSMPSMS模塊和無線通信模塊PTR2000都通過串口進(jìn)行通信，因此串口采取分時復(fù)用。分機(jī)程序流程圖如圖6所示。