汪雨涵+张文枭+王金迪++李瑞

摘要： 本文主要介绍基于单片机系统的智能家居远程控制系统。其采用计算机网络技术、无线数据传输技术，能够自动采集家居相关数据信息及调控（如温度、湿度、火焰、烟雾、关联家用电器等），主要由控制器模块、电源模块、显示模块、各种传感器模块、GSM无线通信模块、WiFi网络模块搭建而成，各模块由各自子控制中心完成对数据信息的处理，将与家居生活有关的各个子系统如安防报警、灯光控制、煤气报警、信息家电、场景联动等有机地融合在一起，应用WiFi通讯网络，对家居进行网络化综合管理和智能化远程控制，实现互联互通。

关键词： 智能家居； 远程控制； 安全防范； GSM模块； WiFi网络

中图分类号：TP271+.4

文献标志码：A

文章编号：2095-2163（2017）04-0118-03

0引言

随着物联网等技术的不断更新，智能家居行业得到了快速的发展。而且，人们对生活质量的要求也呈现可观增长态势，这就使得智能家居的需求日趋丰富广阔。因此，提供一套设计合理、方便、完善的智能家居控制系统也即愈发突显其现实研究的重要性。在智能家居的整个体系中，核心模块是智能家居控制系统，由其有效控制着智能家居的所有环节。本次研究指出，对家居环境进行跟踪、报警、实时监测与安全防护及远程维护等，构建数字高端的管理与服务功能，物联网智能家居产业也已彰显出其个性化、智能化、便捷化和高效化的强大优势，对实现理想、节能、安全、环保的一体化全新家居生活环境具有重要意义。

1系统总体设计

系统总体结构图如图1所示。

[PS汪雨涵1.EPS；S*2；X*2，BP#]

[ST6HZ][WT6HZ][JZ]圖1系统整体结构图

[JZ]Fig. 1System structure framework graph

[HT5”SS][ST5”BZ][WT5”BZ]

研究中，系统中央控制及处理器采用的是AT89S51单片机，系统与用户之间的通讯基于GSM模块。主体定制功能就是当用户对系统进行远程控制时，通过拨打固定电话，系统检测大振铃自动摘机并发布相应的语音提示，用户根据提示输入需求指令生成操作控制。系统接收到指令后，主控芯片通过WiFi获取各传感器的信息，并以短信与语音的方式发送给用户；同时可以对各个电器控制终端调控执行、即实现智能化的远程控制。另外，当系统检测到家中有火灾、燃气泄漏等危险情况发生时，会自动通知安保系统，避免不必要的损失，确保居住环境的安全性。

2硬件系统设计

2.1硬件系统设计总述

在本次系统研究中，硬件部分主要包括的功能支持模块有：以AT89S51单片机为核心、各传感器模块、GSM通讯模块、WiFi模块 、解码电路等。在此，给出系统整体设计的研发流程可论述如下：

1）以AT89S51单片机为核心，以传感器、GSM模块、WiFi模块等作为外部器件，搭建了家庭网关的硬件平台。

2）利用WiFi模块实现传感器与主控系统间的互动通信。

3）利用传感器提供各个数据的监测，当传感器监测的各个指标变化时，数据将实时反馈至主控。

4）用户与系统通过GSM模块进行数据的传输，利用GSM模块的短消息和电话功能实现了智能家居的远程监控，若监测指标达到预警值，主控将发送信息给用户。

5）利用语音播报模块及控制GSM模块的相关指令操控移动电话接听、播报而与用户有效展开信息交互。

6）利用MT8870芯片来推进DTMF解码用户发送指令并传送到单片机中。

7）使用一台IBM-PC/XT兼容机、ME-5103单片机仿真机、MF116万用表、计算机5V稳压电源、SR8双踪示波器进行系统调试。

8）完成各功能模块的硬件选择、电路设计、软件编程和调试后，则实现了家庭网络利用GSM模块设计展开远程监控的功能。

2.2WiFi 无线通信技术

传统的智能家居的通信方式多为有线连接， 因此呈现出布线麻烦、扩展性差等弊端劣势。由于无线技术的普及，云计算与物联网的出现，无线通信智能家居开始流行，并逐渐发展，目前已成为智能家居系统的主流首选。进一步地，ZigBee 通信技术、红外通信技术、Z-Wave、WiFi 技术等均是目前智能家居产品常用的网络通讯方式。其中，红外通信技术较成熟，但存在着一些技术问题及缺陷，例如传输距离短、通信角度小、自带多重限制等，并不适合智能家居。ZigBee 是一种可以近距离传输且复杂度、功耗、速率及成本都较低的无线通信技术，但会受到传输速度和距离的限制。而 WiFi 技术的优势在于：无线电波覆盖范围广，传输速度快，WiFi 技术将智能家居的不同家电设备、通信设备、安全防护设备高效地连接起来，提供比传统智能家居更安全、舒适、便捷的生活空间。为此，本次研究中选用了WiFi无限通信技术。

2.3GSM 通讯模块

GSM模块，是一个类似于手机的通讯模块，在一块小电路板上集成了手机的若干功能。不仅可以发送短消息，支持通话等等，具备了很多手机的实用功能。形象来说，该模块就相当于配置了手机的核心部分，因而在很多应用领域中都获得了广泛的应用。若要操作控制GSM模块，则需使用AT指令，模块可以与电脑RS232串口相连，也可以用单片机来进行控制。该系统中使用的GSM模块是由Siemens公司生产的TC35，其内部框架以及与外部连接构架即如图2所示，GSM模块主要由GSM基带处理器、GSM射频部分、供电部分、（ASIC）FLASH、 ZIF连接器、天线接口六部分组成。该模块通过串口与单片机进行数据通信，通信速率为9 600 Kbps，采用8位异步通讯方式，1位起始位，8位数据位，1位停止位。endprint

[PS汪雨涵2.EPS；S*2；X*2，BP#]

[ST6HZ][WT6HZ][JZ]图2GSM模块工作原理图

[JZ]Fig. 2The working principle of GSM module

[HT5”SS][ST5”BZ][WT5”BZ]

GSM模块的短消息工作模式设置有3种：BLOCK模式、TEXT模式、PDU模式。其中，PDU模式是使用AT命令集来具体控制移动终端的短消息功能。该种模式方便快捷，只需一条指令就能完成短信息的处理，所以本系统选用PDU模式进行短信息处理。

2.4传感器数据采集模块

要实现对家居中环境监测以及一系列功能需求，通过测试和筛选，研究选取了各类适宜传感器，并对每一传感器的工作过程及原理分别展开概述如下。

2.4.1火焰传感器yl-38

可以检测火焰或者波长在 760～1 100 nm范围内的光源。探测范围在60°左右。对火焰光谱尤为灵敏。灵敏度可调，是标准双面板，布局美观大方。小板数字量输出 DO 可以直接驱动本板继电器模块，由此可以组成一个火焰开关；小板模拟量输出 AO 可以和AD 模块相连，通过 AD 转换，可以获得环境温度更为精准的测定数值。

2.4.2温湿度传感器DHT11

DHT11数字温湿度传感器，具有相对湿度和温度测量、全部校准，数字输出、不需额外部件、卓越的稳定性、较长的传输距离、低能耗、引脚安装、完全互换等特点，可应用于暖通空调、测试设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等多类应用领域中。

2.4.3烟雾传感器MQ-2

可以用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等的探测；灵敏度可调，工作电压5 V，在使用前，供电稍预热2 min左右便可正常工作。传感器对环境液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感。当可检测气体浓度超过设定阈值时，模块数字接口D0 输出低电平，模拟接口A0 输出的电压会随着气体的浓度攀升而逐渐增大；小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来辨识高低电平，由此来检测环境气体。

2.4.4红外传感器 HC-SR501

全自动感应功能，也就是人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

感应模块在每一次感应输出后，则将随即设置一个封锁时间段，在该段时间内感应器不接收感应信号。这一功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，因而可应用于间隔探测产品；同时，该功能也可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰，并仅为微功耗。当人体从左到右或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应灵敏度就越高。

3系统软件设计

[JP3]至此，综合前文论述，研究得到系统软件流程可如图3所示。

4结束语

[JP2]智能家居系统在实际应用上包括家居安保系统和家用电器远程控制系统两部分。其中，家居安保系统能够精确地实现对用户住宅的火灾、有害气体泄露、盗窃以及入室抢劫等险情的准确监测和自动报警功能；家用电器远程控制系统则通过语音电路和解码电路生成提供用戶和系统的交互，实现对家用电器的远程控制功能。移动信息技术的发展为家电远程遥控设定了现实可能。而以单片机的研发为基础，将信息技术与家电控制技术通过深度探索融合，从而最终有效达成了现代家庭生活的信息化和自动化，满足了人们舒适、快节奏的生活需求。[JP]

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