1、沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 1 摘要 本 智能家居 系统 设计 主要由单片机 、 GTM900C 模块 和传感器构成。 本文用华为生产的GTM900C 模块，借用无线发送和接收、基带处理等功能，来实现无线数据传输和短信收发任务。 为给人们提供一个更加舒适、便捷、高效、安全的生活环境，建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今的一个热点问题，近年来，国际上许多大公司都提出相应的解决方案，但至今为止，这一领域的国际标准尚未成熟。针对目前利用公共电话、国际互联网、有线电视 网或者电力网实现的智能家居系统的局限性，本文提出一种基于 GSM 技术的低成本智能家居系统，将给普通居民家庭生
2、活方式带 来变革。智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行远程监控和实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及实时管理。 关键字 ： GTM900C 模块；单片机； 传感器 。 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 2 ABSTRACT This system is mainly composed of MCU, GTM900C module and the sensor.In this paper, with Huawei production GTM900C module, borrow the wireless tra
3、nsmission and reception, baseband processing function, to realize wireless data transmission and messaging tasks.For the people to provide a more comfortable, convenient, efficient and safe living environment, to establish a highly efficient, low cost intelligent home furnishing system has become a
4、hot issue, in recent years, many international companies and puts forward the corresponding solutions, but so far, the field of international standards have not yet mature.In view of the present utilizing public telephone, Internet, cable TV network or power network to realize intelligent home furni
5、shing system limitations, this paper presents a method based on GSM technology system of low cost intelligent home furnishing, will give the general household life. Keywords： GTM900c； Single chip microcomputer; sensor. 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 3 目录 第一章 前言 .5 1.1 课题研究的背景及意义 . 6 1.2 国内外研究发展现状 . 7 第二章 总体设计
6、 .8 2.1 系统概述及设计理念 . 8 2.2 系统的总体结构及工作过程 . 错误 !未定义书签。 2.3 系统设计框图 . 9 第三章 硬件模块设计 .10 3.1 硬件系统 . 10 3.2 单片机基本概念 . 10 3.2.1 凌阳单片机 SPCE061A 片内构 .10 3.3 GTM900C 模块简介 . 11 3.4 GSM 模块 的接口与设计 . 12 3.4.1 GTM900C 模块组成及通信电路 .13 3.4.2 GTM900C 信号连接器和天线接口 .13 3.4.3信号连接器 .14 3.4.4天线接口 .14 3.4.5接口信号 .15 3.4.6接口的使用 .1
7、6 3.4.7 UART 接口的功能和特性 .17 3.4.8 UART 接口的信号定义 .18 3.4.9 UATR 接口 DCE-DTE 配线 .18 3.5 传感器信号采集设计与分析 .19 3.5.1 防火灾发生传感器 .19 3.5.2 可燃气体泄漏传感器 .19 3.5.3 防盗传感器 .19 3.5.4 信号采集设计与分析 .19 3.6 固态继电器 (SSR)简介 .20 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 4 3.7 A/D 转换单元硬件设计 .20 第四章 系统软件设计 . 23 4.1 单片机主程序设计 . 23 4.1.1 软件开发环境 .20 4.1.2 SPC
8、E061A 时钟电路 .20 4.1.3 时钟系统及定时器 .20 4.2 GTM900C 软件设计 . 24 4.2.1 AT 命令简介 . 24 4.2.2 AT 命令类型 . 25 4.2.3 AT 命令语法 . .25 4.2.4 AT 命令说明 .26 4.2.5 GTM900C 信息发送软件设计 .33 第 五 章 系统 制作与调试 .34 5.1 系统制作 . 34 5.2 系统调试 . 34 第六章 技术经济分析 .36 第七章 结 论 .37 致谢 .38 参 考 文 献 .39 附录 1 附录 2 附录 3 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 5 基于 GTM900C
9、 的家居智能化模块设计 第一章 前言 1.1 课题研究的背景及意义 家居智能化系统的概念起源于上世纪 70 年代 的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在 90 年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。 所谓智能家居是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中
10、或异地的监控、管理，保持家庭住 宅环境的舒适、协调。与普通的家居相比，智能家居不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。 许多国家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系统包括：安防报警、可使对讲、三表抄送、监控、家居控制、智能布线箱、宽带网络接入等。而现今的智能化家居系统拥有更加优越切复杂的配置。例如，网上购物、远程报警、紧急求助等新功能就是根据现在社会的发展，人们日益暴涨的需求而开发设计的。 1.2 国内外研究发展现状 1984 年， 世界上第一幢
11、智能建筑 在美国康涅迪格州落成 ， 这栋意义非凡的建筑 只是 对 一座旧式大楼 的 一定程度的改造 而完成的。它只是 采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设 备进行监 控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。 2000 年， 新加坡有近 30 个社区的 约 5000 户家庭采用了这种家庭智能化系统 ，而美国的安装住户高达 4 万户。 2003 年，网络化家居的建设带 来 了 高达 4500 亿美元 的市场价 值， 这 其中 有 3700 亿美元是智能家电硬件产品的价值， 剩余的部分则 是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统 技术 己日趋成熟，预 计今 年， 5
12、0%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 6 于此 同时，由于技术的 日益 标准化，这些新型 智能 家居 系统 将比比尔 .盖茨耗资 6000 万美元的高 端 别墅便 宜得多 。 在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来 ，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批 国外 知名企业，先后挤身于智能家居的研 发中。 例如 :微软 公司 开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门” 、 IBM 公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场 。 此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃
13、跃欲试。 目前市场上出现得智能家居控制系统主要有： （ 1） X-10 系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。这套系统的功能较为强大 ，与 其它家居控制系统如 ABB、 C_BUS 等比起来更容易接收，使用也相对简单。 因为实现同样的功能， X-10 家居控制系统是利用 220v 电力线将发射器发出的 X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这 也 是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要 布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。 但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极
14、少。 （ 2） EIB 系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场。 （ 3） 8X 系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。 20 世纪 90 年代后 期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。 在 97 香港回归之际，在建设部“ 97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中
15、皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。 1999 年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年， 我国将有 70%以上的家庭拥有 Internet 入网 设备 ， 大中城市中 50%的住宅要实现智能化。 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 7 我国的智能家居相对于国外起步较晚， 尚未形成一定
16、的国家标准。目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有： （ 1） e家庭（海尔），该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。海尔在技术上同微软合作，利用微软的 Windows Me技术和海尔的网络家电，使“ e家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。 （ 2） e-home 数字家园（清华同方），该智能家 居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。
17、其智能家居控制系统主要有以下三个部分： A系列：遵循 EIB 协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。 B系列：遵循 X-10 协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。 易家三代：配电箱集中安装式家庭控制产品。 国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐 步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待。 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 8 第 二 章 总体设计 2.1 系统概述及设计理念 为给人们提供一个更加舒适、便捷、高效、安全的生活环境，建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今的
18、一个热点问题，近年来，国际上许多大公司都提出相应的解决方案，但至今为止，这一领域的国际标准尚未成熟。针对目前利用公共电话、国际互联网、有线电视网或者电力网实现的智能家居系统的局限性，本文提出一种基于 GSM 技术的低成本 智能家居系统，将给普通居民家庭生活方式带来变革。 智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行远程监控和实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及实时管理。它包括家庭内部传感系统、家庭接入系统及智能传感 /执行设备等几个部分。 智能家居系统应具有以下功能： （ 1）住宅保安监控报警（警情报知）。 （ 2）火警、烟警
19、、有毒气体泄露报警。 （ 3）阀控功能：有线电视信号、水、煤气、各类家用电器通 /断控制。 （ 4）室内空气、温度、湿度、光线的自动调节功能。 （ 5）声音报警。 （ 6） GTM900C 远程报警。 2.2 系统的总体结构及工作过程 智能家居系统由系统主机、系统分机、 GTM900C 模块、无线发射收发模块等部分组成。其中，系统主机通过 GTM900C 模块与用户的手机进行通信。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、控制命令传输和信息反馈。 该系统正常工作时，首先由主机采集传感器数据，并且判断是否发生异常情况，如果发生异常情况则通过 GTM9
20、00C 模块向用户发送相应的报警信息，并根据不同的异常情况发出不同声音报警。如果主机无异常情况，则主机通过无线模块按顺序各向分机发送数据采集命令，分机进行数据采集，将采集结果打包后发送回主机，主机判断分机节点是否发生异常，并进行相应处理。此外，用户还可以通过手机发送短信息进行访问，当用户接收到报警信息时，沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 9 可以根据报警的种类向主机发送短信息，对各被控量实现远程控制，主机提取短信息并译码后进行相应的操作。 2.3系 统设计框图 图 2.3 系统工作流程 门窗磁信号 可燃气体传感器 扩展信号 火灾烟雾传感器 短信息发送 GTM900C 模块 电压转 换
21、放大整 形 放大整 形 A/D 转换 单片机信号分析处理 RS232 PC 机 功率器件 LCD 显示 执行器件 固态继电器控制 沈阳建筑大学城市建设学院毕业设计（论文） 10 第三章 硬件 模块 设计 3.1 硬件 系统 本系统的硬件主要分为系统主机与系统分机两大部分。系统主机硬件，由凌阳单片机SPCE061、传感器单元电路、固态继电器控制电路、 GTM900C、无线传输模块、语音报警模块等组成，并由固态继电器控制具体设备。 3.2单片机基本概念 所谓单片机 (Single Chip Microcomputer)，是指在一块芯片中集成有中央处理器 (CPU)、存储器 (RAM 和 ROM)、基本 I/O 接口以及定时器、计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 特点是：体积小，控制功能强，性价比高等 3.2.1 凌阳单片机 SPCE061A 片内结构
