一种基于GSM的智能家居远程监控系统

1 引言
随着生活节奏的加快，生活水平的提高，人们对现代家居的安全性、智能性、舒适性和便捷性提出了更高的要求。智能家居控制系统就是适应这种需求而出现的新事物，正朝着智能化、远程化、小型化、低成本等方向发展。如今手机已经十分普及，如何让普通百姓只需要增加少量投入便可以通过手机远程遥控自己家中的电器设备，远程查看设备或安防系统状况。同时，一旦家中发生煤气泄露、火灾、被盗等安全事故时能够立即获知警报，及时处理。为此本文提出了一种基于SMS 和Atmega128 的智能家居远程监控系统。
2 系统结构及工作原理
本文所设计的智能家居远程监控系统由CP U 模块、短信收发模块、电源模块、时钟模块、LCD 显示模块、键盘模块、驱动模块、无线收发模块、检测模块等模块组成，如图1 所示。系统的工作原理如下：用户通过手机将控制或查询命令以短信的形式通过GSM 网发送到短信收发模块，CPU 再通过串口将短信读入内存，然后对命令分析处理后作出响应，控制相应电器的开通或关断，实现了家电的远程控制。CPU 定时检测烟感传感器、CO 传感器、门禁系统的信号，一旦家中发生煤气泄露、火灾、被盗等险情时，系统立即切断电源、蜂鸣器警报并向指定的手机发送报警短信，实现了家居的远程监视。为了达到更人性化的设计，当用户在家时可通过手持无线遥控器控制各个家电的通断，通过自带的小键盘设定授权手机号码、权限和设定系统的精确时间等参数。LCD 用来实时显示各电器状态和各个传感器的状态。

图1 系统结构框图
3 硬件系统设计
CPU 选用Atmega128 单片机，它是基于AVR RISC结构的8 位低功耗CMOS 微处理器，具有性价比高、功耗小、可靠性高等特点。短信收发模块选择厦门桑荣公司的Saro310 GSM Modem.传感器选择香港嘉永公司的SS-168 烟感探测报警器、HD-111 家用CO 探测报警器。它们在检测到危险信号时输出开关量信号，能及时准确地向CPU 发出报警信号。LCD 显示模块选用LCD12864 带中文字符型液晶显示屏，它自带汉字字库， 只用查询中文字库表便能实现LCD 的中文显示， 占用CPU 管脚少，只需三个管脚便能完成通讯和控制。

图2 系统主要模块原理图。
键盘模块采用了一个4 × 4 的小键盘。开关驱动模块实现弱电对强电的控制。因为本系统中有较大功率电器，在启动时电流会较大，可能会达到10A,因此采用了2JB0.5-1 型固态继电器。时钟模块选用DS1302 时钟芯片， 为CPU 提供实时时钟。它采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能， 编程简单，功耗小。无线收发模块选用超外差双向无线接收模块JL-RT01A.电源模块由插头引入220V 交流电源，经过220V/36V/12V 变压器降压，整流桥整流， 二级电容滤波， 三端稳压芯片7 8 L 0 5 和78L24 稳压后，分别为核心板和接口驱动模块提供5V和24V 供电。

图3 主程序流程图。
4 软件系统设计
Atmega 128 芯片集成的指令功能丰富，内存等资源也都比较丰富， 为了提高编程效率、代码的可读性、可移植性和可维护性，本系统使用C 语言开发系统软件。
4.1 主程序流程
系统上电后， 首先初始化各底层硬件（包括LCD 设备、串口参数等）和系统I /O, 然后并通过RS- 2 3 2 端口向短信模块发送AT E 命令查询短信模块是否正常工作？ 若收到应答后， 则顺序发送"A T + CMG F "、"A T + C NM I "、"AT+CSCA"等AT 命令（可参考AT 命令集），设置或获取相关参数，完成短信预处理。然后进入循环等待状态，定时查询短信模块是否收到新短信，检测各个传感器的信号输入以及键盘操作等。若查询到有新短信，则判断它是否来自授权手机？ 若是， 核查该手机号码的权限后， 对该短信进行分析， 根据具体命令（见表1-3）作出响应。一旦检测到烟感、CO 传感等传感器有异常，则立即切断主要电器的电源，输出报警信号并向指定手机发送短信。
4.2 GSM 短信息设计
4.2.1 短信收发模式选择
Saro 310 GSM Modem 模块使用AT 命令集控制短信的收发，它支持TEXT 和PDU 两种短信收发模式。
前者不支持非ASCII 码字符，不能收发中文短信，而后者支持多种不同的编码格式， 因此在本系统采用PDU 模式来收发短信息。手机中文字显示使用国标码，在CPU中需要先将U C S 2 编码转换为国标码以便于输出。
UCS2 编码与国标码之间转换不能依靠算法完成，只能通过查表来实现转换。

4.2.2 短信命令格式（控制协议）
短信命令分为传感器查询命令、基本控制命令、高级管理命令。各种命令格式和说明分别如表1、表2 和表3 所示。
表1 传感器查询命令

表2 基本控制命令

表3