1、 2G 通信系统设计 1 题目： 基于 GSM 的智能家居系统设计与实现 院系：信息学院 专业：通信工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2G 通信系统设计 2 摘 要 介绍了一种基于 GSM 网络的智能家居控制系统的工作原理及主要功能。采用 STC 单片机为系统控制核心，对家庭中可能出现的意外情况用各种传感器进行采集，利用 GSM 模块的短信收发功能，实现远程安防及家电控制。实践证明本系统性能可靠，成本低，可广泛应用于现代住宅中。 关键词： GSM 模块；传感器；远程控制 2G 通信系统设计 3 ABSTRACT We design a intelligent control syste
2、m which is on the basis of GSM and SCM and it will realize the book function of control of the home applications. The main process is that when the administrator sends a text message command to GSM mod ule, the single chip will determine whether the message is from its master and then give command t
3、o the control equipment .GSM module is used for accepting the text message and send to the MCU control system. Key words： GSM module， sensor， long-range control 2G 通信系统设计 4 目 录 摘要 .2 ABSTRACT.3 一、 引言 .5 二、系统简介 .5 三、硬件电路分析 6 四、软件架构分析 9 结 语 11 参考文献 11 2G 通信系统设计 5 第一章 引言 随着经济的快速增长， 快节奏的生活状态使得人们越来越注重生活的
4、质量和品位。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。目前，国内外各种类型的智能家居产品越来 越多， 其中大部分是基于电话网的安防控制系统。但在我国，家庭电话用户正逐步减少，且电话线路易被破坏，故此类产品有一定局限性。随着电信 GSM 网络覆盖范围的广阔化、无缝化，以及手机的日益普及为基于 GSM 网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间 第二章 系统工作原理及主要功能 1.1 系统工作原理 图 1 为智能家居系统的工作原理图 2。系统在正常工作时处于低功耗监控状态，一旦发生警情，即各类传感器检测到异常信号 (如盗窃、火警、煤气等 )时，单片机通过从不同引脚接收到的信
5、号同预先存储在 ROM 中的 信息进行对比，判断出异常情况的类型，然后将报警信号由串口传送给 GSM 模块，最后将报警短信发送给用户。几秒钟后，用户的手机上就可以接收到报警短信， 提醒用户采取措施。另外用户可通过发送短信，由 GSM 模块接收，经单片机解码后，驱动系统中的电器控制电路去控制相应的家电， 从而实现远程控制电器工作的目的 2G 通信系统设计 6 系统的主要功能： （ 1）自动报警功能：当用户住宅出现异常情况时， 系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户，直至用户回复为止。 （ 2）家电控制功能：接收用户发送来的控制命令，实现短信 的译码功能，并由单片机根据相应的译码来实现不同
6、家电工作及停止功能。 此外，系统提供备用充电电池，在断电时可继续工作， 可以防止部分不法分子利用断电进行盗窃，克服了停电时不能报警等缺点。 第三章 硬件电路设计分析 3 主要功能模块 3.1 单片机控制模块 系统的控制器选用 STC89C54RD+单片机。 8位 STC89C54RD+单片机是 STC 公司生产的一款增强型 51 单片机，具有低功耗、存储容量大、运行稳定、价格便宜等特点。其支持的最高时钟为 80MHz。内部包括 16 kB 的 Flash 程序存 储器ROM、 1 kB 的数据存储器 RAM,具有 ISP 在线编程功能 ,大大减少了开发复杂度，同时可节省购买编程器的额外投入。
7、STC89C54RD + 单片机的开发环境与51 单片机的开发环境兼容， 这给熟悉 51 单片机系统的开发者带来极大的方便。 3.2 GSM 模块 2G 通信系统设计 7 本系统设计使用的 GSM 模块是 Siemens 公司的 TC35I。 TC35I 是 Siemens 公司推出的新一代无线通讯模块 ,可以快速安全地实现数据、语音的传输、短信息服务（ SMS） 和传真等功能， 该模块的工作电压为 3.3 5.5V，可以工 作在900MHZ/1800MHZ两个频段，自带 RS232通讯接口，可以方便地与 PC 机、单片机连机通讯，安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。
8、其中，由于短消息具有实现简单、通信成本低、保密性好、直接面向用户手机且不受地域限制等特点，是目前利用最为广泛的通讯方式。在该报警系统中，将用户手机作为接收终端，当家中有警情发生时，手机会自动收到一条来自智能报警系统的报警短信，这样便可实时、可靠、快捷的实现远程报警。 RS232 数据口符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705 。通过独特的 40 引脚的 ZIF 连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输；通过 ZIF 连接器及 50 天线连接器，可分别连接 SIM 卡支架和天线。该模块向用户提供标准的 AT 命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠
9、、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 TC35I 模块主要由 GSM 基带处理器、 GSM 射频模块、供电模块 (ASIC)、闪存、 ZIF 连接器、天线接口六个部分组成 4。 TC35I 构成框图如图 2 所示。 3.3 传感器模块 本系统传感器模块由一组功能不同的传感器构成，用于各种异常情况监测。 2G 通信系统设计 8 防盗窃使用红外线反射型传感器， 将红外线反射型传感器安装在通道的位置或门窗的两侧，当有人进入时红外线反射型传感器就会检测出来，检测信号通过转换电路转换成低电平，然后送去给单片机， 单片机对应引脚检测到送来低电平后就会启动防盗报警系统工作。 防火使用离子式烟雾传感（ S
10、S-668），通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感， 当一定量烟雾进入烟雾传感器的反应腔，引起电路电平变化。离子式烟雾传感器是一种技术先进， 工作稳定可靠的传感器，为火灾预防和早期发现提供帮助。 燃气传感器使用金属氧化物半导体传感器（或称 MOS）。 MOS 也可以用来检测毒性水平。它由一个金属氧化物半导体的传感器件（如氧化物 SnO2)构成。在新鲜空气条件下，它的电导较小，而一旦接触还原性气体或者易燃易爆气体， 电导会增加，引发检测电路电平跳变从而启动报警系统工作。 硬件接口电路设计 本系统硬件接口电路主要由单片机与 GSM 模块的接口电路和系统安防电路及控制电
11、路构成。 3.4 单片机与 GSM 模块的硬件连接 单片机与 TC35I 的连接图如图 3 所示， TC35I 的数据接口采用串行异步收发， 符合 ITU-TRS-232 接口电路标准，工作在 CMOS 电平 (2.65 V)。数据接口配置为 8 位数据位、 1 位停止位、无校验位，可以在 300-115103 bps 的波特率下运行。由于数据通信电路中 TC35I 数据接口工作在 CMOS 电平，而 STC 单片机工作在 TTL 电平，工作电压范围一般比 TC35I 宽， 故应在单片机和 TC35I 2G 通信系统设计 9 之间加电平转换电路。本设计使用 TI 公司的 MAX232芯片为核心
12、，实现电平转换及串口通信功能。 3.5 系统安防、控制电路 系统安防控制电路图如图 4，通过在 J1处连接各种传感器，利用光电耦合器将传感器采集到的信号隔离，可将输入、输出通道与单片机切断电路的联系，有效地防止干扰的侵人。单片机通过从不同引脚接收到的不同传感器信号同预先存储在 ROM 中的信息对警报异常情况的类型进行判断，然后将相应类型的报警信号由串口传送给 GSM 模块，最后将报警短信发送给用户。 系统的控制电路是通过单片机由弱电控制继电器的开、关，从而实现控制强电的接通 /断开， J5、 J6、 J7 处可接不同的电器。控制系统可以根据 GSM 模块 收到的不同短信息控制命令， 由单片机做
13、相应的译码， 然后再由单片机控制不同家电工作或停止运行。 第四章 软件 架构分析 4.1 AT 模式选择及 AT 指令 对 TC35I 的操作均采用 AT 指令 5，它包含了 GSM 语音和短信息的控制。根据 AT 指令的 GSM07.05 标准，发送和接收中文或中 /英文混合的短信息必须采用 PDU 模式， Text 模式只支持传送英文及数字信息。 PDU 模式的编解码过程复杂，本系统使用 Text 模式就可以满足系统功能需求，故选择 Text 模式作为系统的通讯模式。 2G 通信系统设计 10 模块的通讯全部采用 AT+XXXX 完成。发送短消息的基本命令如下： (1)设置短消息发送格式（
14、 0-PDU， 1-文本） AT+CMGF=1； (2)发送短消息 (短消息内容为 “test”)AT+CMGS=“13753485896“(目的地址 )testz（ z 表示 ctrl+z）； (3)列出所有的短消息 AT+CMGL= “ALL”； 4)读取短信息内容 (Once more)，假设 INDEX 6， AT+CMGR=6。 4.2 系统软件的设计 系统的软件设计采用 C 语言编写，系统安防主程序及中断程序流程 图如图 5 所示。系统首先对单片机的串口、中断和 TC35I 短信模块初始化， STC 单片机不断对传感器接口电路的 I/O 口循环进行检测，当检测到有传感器的开关量变化时，则说明报警信息产生，开中断进入中断处理子程序。中断处理子程序完成对相应防盗、防火、防煤气泄漏等事件的短信息发送。利用 STC 单片机通过 UART 串口向 GSM 模块发送一系列 AT 指令，就能实现基于 GSM 的短信息的收发、查寻和管理。
