一種基于SMS的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[圖]

該系統(tǒng)通過(guò)手機(jī)短信不但可以遙控家居的電器設(shè)備，而且還可以對(duì)家居安防系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、成本低和易于推廣等特點(diǎn)。

1 引言

隨著生活節(jié)奏的加快，生活水平的提高，人們對(duì)現(xiàn)代家居的安全性、智能性、舒適性和便捷性提出了更高的要求。智能家居控制系統(tǒng)就是適應(yīng)這種需求而出現(xiàn)的新事物， 正朝著智能化、遠(yuǎn)程化、小型化、低成本等方向發(fā)展。如今手機(jī)已經(jīng)十分普及，如何讓普通百姓只需要增加少量投入便可以通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程遙控自己家中的電器設(shè)備，遠(yuǎn)程查看設(shè)備或安防系統(tǒng)狀況。同時(shí)，一旦家中發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)、被盜等安全事故時(shí)能夠立即獲知警報(bào)， 及時(shí)處理。為此本文提出了一種基于SMS 和Atmega128 的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

本文所設(shè)計(jì)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由CP U 模塊、短信收發(fā)模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊、LCD 顯示模塊、鍵盤模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、檢測(cè)模塊等模塊組成，如圖1 所示。系統(tǒng)的工作原理如下：用戶通過(guò)手機(jī)將控制或查詢命令以短信的形式通過(guò)GSM 網(wǎng)發(fā)送到短信收發(fā)模塊，CPU 再通過(guò)串口將短信讀入內(nèi)存，然后對(duì)命令分析處理后作出響應(yīng)，控制相應(yīng)電器的開通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了家電的遠(yuǎn)程控制。CPU 定時(shí)檢測(cè)煙感傳感器、CO 傳感器、門禁系統(tǒng)的信號(hào)，一旦家中發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)、被盜等險(xiǎn)情時(shí)，系統(tǒng)立即切斷電源、蜂鳴器警報(bào)并向指定的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)現(xiàn)了家居的遠(yuǎn)程監(jiān)視。為了達(dá)到更人性化的設(shè)計(jì)，當(dāng)用戶在家時(shí)可通過(guò)手持無(wú)線遙控器控制各個(gè)家電的通斷，通過(guò)自帶的小鍵盤設(shè)定授權(quán)手機(jī)號(hào)碼、權(quán)限和設(shè)定系統(tǒng)的精確時(shí)間等參數(shù)。LCD 用來(lái)實(shí)時(shí)顯示各電器狀態(tài)和各個(gè)傳感器的狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CPU 選用Atmega128 單片機(jī)，它是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8 位低功耗CMOS 微處理器，具有性價(jià)比高、功耗小、可靠性高等特點(diǎn)。短信收發(fā)模塊選擇廈門桑榮公司的Saro310 GSM Modem.傳感器選擇香港嘉永公司的SS-168 煙感探測(cè)報(bào)警器、HD-111 家用CO 探測(cè)報(bào)警器。它們?cè)跈z測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)輸出開關(guān)量信號(hào)，能及時(shí)準(zhǔn)確地向CPU 發(fā)出報(bào)警信號(hào)。LCD 顯示模塊選用LCD12864 帶中文字符型液晶顯示屏，它自帶漢字字庫(kù)， 只用查詢中文字庫(kù)表便能實(shí)現(xiàn)LCD 的中文顯示， 占用CPU 管腳少， 只需三個(gè)管腳便能完成通訊和控制。

圖2 系統(tǒng)主要模塊原理圖。

鍵盤模塊采用了一個(gè)4 × 4 的小鍵盤。開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中有較大功率電器，在啟動(dòng)時(shí)電流會(huì)較大，可能會(huì)達(dá)到10A,因此采用了2JB0.5-1 型固態(tài)繼電器。時(shí)鐘模塊選用DS1302 時(shí)鐘芯片， 為CPU 提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。它采用串行數(shù)據(jù)傳輸， 可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能， 編程簡(jiǎn)單， 功耗小。無(wú)線收發(fā)模塊選用超外差雙向無(wú)線接收模塊JL-RT01A.電源模塊由插頭引入220V 交流電源，經(jīng)過(guò)220V/36V/12V 變壓器降壓，整流橋整流， 二級(jí)電容濾波， 三端穩(wěn)壓芯片7 8 L 0 5 和78L24 穩(wěn)壓后，分別為核心板和接口驅(qū)動(dòng)模塊提供5V和24V 供電。

圖3 主程序流程圖。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Atmega 128 芯片集成的指令功能豐富，內(nèi)存等資源也都比較豐富， 為了提高編程效率、代碼的可讀性、可移植性和可維護(hù)性， 本系統(tǒng)使用C 語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)軟件。

4.1 主程序流程

系統(tǒng)上電后， 首先初始化各底層硬件（包括LCD 設(shè)備、串口參數(shù)等）和系統(tǒng)I /O, 然后并通過(guò)RS- 2 3 2 端口向短信模塊發(fā)送AT E 命令查詢短信模塊是否正常工作？ 若收到應(yīng)答后， 則順序發(fā)送"A T + CMG F "、"A T + C NM I "、"AT+CSCA"等AT 命令（可參考AT 命令集），設(shè)置或獲取相關(guān)參數(shù)， 完成短信預(yù)處理。然后進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，定時(shí)查詢短信模塊是否收到新短信，檢測(cè)各個(gè)傳感器的信號(hào)輸入以及鍵盤操作等。若查詢到有新短信， 則判斷它是否來(lái)自授權(quán)手機(jī)？ 若是， 核查該手機(jī)號(hào)碼的權(quán)限后， 對(duì)該短信進(jìn)行分析， 根據(jù)具體命令（ 見表1-3）作出響應(yīng)。一旦檢測(cè)到煙感、CO 傳感等傳感器有異常，則立即切斷主要電器的電源，輸出報(bào)警信號(hào)并向指定手機(jī)發(fā)送短信。

4.2 GSM 短信息設(shè)計(jì)

4.2.1 短信收發(fā)模式選擇

Saro 310 GSM Modem 模塊使用AT 命令集控制短信的收發(fā)，它支持TEXT 和PDU 兩種短信收發(fā)模式。

前者不支持非ASCII 碼字符，不能收發(fā)中文短信，而后者支持多種不同的編碼格式， 因此在本系統(tǒng)采用PDU 模式來(lái)收發(fā)短信息。手機(jī)中文字顯示使用國(guó)標(biāo)碼，在CPU中需要先將U C S 2 編碼轉(zhuǎn)換為國(guó)標(biāo)碼以便于輸出。

UCS2 編碼與國(guó)標(biāo)碼之間轉(zhuǎn)換不能依靠算法完成，只能通過(guò)查表來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

4.2.2 短信命令格式（控制協(xié)議）

短信命令分為傳感器查詢命令、基本控制命令、高級(jí)管理命令。各種命令格式和說(shuō)明分別如表1、表2 和表3 所示。

表1 傳感器查詢命令

表2 基本控制命令

表3 高級(jí)管理命令

　　例如， 執(zhí)行打開電燈的命令：

uint8 ExecuteSMS Cmd（void） // 執(zhí)行命令

{ case SMS_DD :RELAY_PORT|=BIT（RELAY_DD

） ; / / 打開電燈

DvcSt t|=0x02; break; / / 電燈的命令代碼為0000 0010B

}

短信命令以U n i c o d e 碼的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。

4.2.3 短信命令解析

當(dāng)系統(tǒng)接收到短信命令后， 按順序從傳感器查詢、基本命令、高級(jí)管理命令匹配掃描。掃描代碼如下：

wh i l e （ - - i &&! （mh = s t r s t r （UART0 _RxBu f ,DefDetCmd[i]）））；

i f（ ! i ） / / 若非傳感命令

wh i l e （ - - j&&! （mh = s t r s t r （UART 0 _RxBu f ,DefBasicCmd[j]）））；

i f（ ! j ） / / 若非基本命令

wh i l e （ - - k&&! （mh = s t r s t r （UART 0 _RxBu f ,DefAdvanceCmd[k]））；

其中， U A R T 0 _ R x B u f 指向接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，DefDetCmd 是系統(tǒng)中預(yù)定義的傳感器命令，DefBasicCmd是基本控制命令，DefAdvanceCmd 是高級(jí)管理命令。掃描完成后，對(duì)不同類型命令進(jìn)一步細(xì)化處理，返回對(duì)應(yīng)的命令編號(hào)。系統(tǒng)根據(jù)不同的命令編號(hào)完成不同的操作。

4.2.4 發(fā)送短信

當(dāng)系統(tǒng)接收到帶有"?"的短信命令時(shí)， 完成相應(yīng)操作后，將給該授權(quán)號(hào)碼發(fā)送報(bào)告短信。短信息格式定義如下：

typedef struct Shor tMessage // 短信息結(jié)構(gòu)

{uint8 CSCA[19]; / / 短信中心號(hào)碼

uint8 FirstOctet[3];

uint8 TP_MR[3]; / / 消息參考值

uint8 RecvPhoneNo[19]; / / 對(duì)方號(hào)碼字段

ui n t8 TP_PID[3] ; / / 協(xié)議標(biāo)識(shí)

ui nt8 TP_DCS[3] ; / / 編碼方式

uin t8 TP_VP[3]; / / 有效期

uint8 TP_UDL[3]; / / 用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

uint8 TP_UD[255]; / / 消息內(nèi)容

}SHORTMESSAGE;

系統(tǒng)上電時(shí)，先執(zhí)行短信息預(yù)處理，將信息結(jié)構(gòu)中的常量賦值并存入Flash 中，要發(fā)送短信時(shí)再將信息結(jié)構(gòu)補(bǔ)充完整。發(fā)送過(guò)程是（： 1）向短信模塊發(fā)送"AT+CMGS"命令（； 2）短信模塊回應(yīng)后，發(fā)送短信息結(jié)構(gòu)串（； 3）等待發(fā)送完成。

4.2.5 短信安全設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的安全性， 本系統(tǒng)設(shè)置了授權(quán)號(hào)碼庫(kù)，只有在授權(quán)號(hào)碼庫(kù)中的授權(quán)手機(jī)對(duì)系統(tǒng)發(fā)送的命令才是有效的。當(dāng)系統(tǒng)接收到一條新短信時(shí)，先判斷號(hào)碼是否包含在授權(quán)號(hào)碼庫(kù)中，如短信來(lái)自非授權(quán)手機(jī)則將此信息刪除。執(zhí)行完授權(quán)號(hào)碼發(fā)送的命令后，系統(tǒng)再通過(guò)短信模塊向用戶發(fā)送命令執(zhí)行情況的信息。授權(quán)號(hào)碼庫(kù)是可以修改的，管理號(hào)碼的手機(jī)可以發(fā)送短信命令將陌生號(hào)碼加入到授權(quán)號(hào)碼庫(kù)中或刪除授權(quán)號(hào)碼，也可以通過(guò)鍵盤添加、刪除授權(quán)號(hào)碼。

5 實(shí)物測(cè)試

該系統(tǒng)的實(shí)物測(cè)試結(jié)果如圖4 所示， 通過(guò)授權(quán)手機(jī)向系統(tǒng)發(fā)送短信"打開電燈？",系統(tǒng)完成短信命令的解析、打開電燈后，在LCD 顯示當(dāng)前操作，并按要求回復(fù)一條短信。

圖4 LCD 控制命令顯示及手機(jī)查詢命令顯示。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)只須對(duì)原有的電源、安防等系統(tǒng)的布線做很少的調(diào)整，便可通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控家電。該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、成本低、性價(jià)比高。還很容易推廣到戶外廣告牌監(jiān)控、水庫(kù)水位監(jiān)控、電梯安全運(yùn)行監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

作者：宋紹劍 方鵬 黃如疊 薛春偉 來(lái)源：《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》

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