基于远程无线通信的智能家居控制系统的设计与实现

设计了一种通过无线通信系统实现家用电器的远程控制系统，实现家居环境的控制与检测。本设计采用了ARM单片机作为系统的控制核心，利用移动通信网络实现温度、有毒气体、湿度报警与监控功能，同时可实现家庭晾衣架自动伸缩及家用电器自动启闭等控制功能。

【关键词】无线通信 智能家居 ARM单片机

随着科技的发展以及社会的进步，越来越多的人更加注重居住环境的舒适与安全。与此同时，家居环境也存在诸多安全隐患，智能家居监控的实现方式有多种，目前已有的智能家居监控系统多数依附互联网来实现在线监控，在时间和空间上收到限制。另一方面，在功能上无法兼顾多环境检测与控制。

本文设计的系统通过移动通信网络，利用手机进行监控及控制，实现了便携性的同时，对温湿度、有害气体（如液化气泄漏）等实时监控，当环境变化时，可通过手机短消息实现对家庭晾衣架、家用电器等设备的控制，同时可实现防盗报警功能。本系统具有电路简单、成本低，可操作性性强，有较好的市场应用前景。

1 系统方案设计

本系统采用ARM单片机作为主控单元实现运算和控制，单片机应用系统主要由硬件和软件组成。硬件包括存储器、输入-输出设备及接口、各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。

本设计利用多种传感器实现温度、湿度、火灾、煤气泄漏、红外等检测，并与预定阈值比较，当检测值超过阈值，通过单片机的控制功能和移动通信模块的通信功能实现给目标手机提供信息报警功能。同时还可通过手机实现对家用电器等家用设备的智能控制，如发生意外时，用户可通过手机发送指令，控制系统及时切断电源，在天气变化时及时控制晾衣架的启闭等。通过编码的方法来合理的设计指令，形成一个合理、协调的控制系统。系统整体框图见图1所示。同时在控制终端可以通过液晶显屏观察到被控设备状态。

2 系统电路设计与实现

本系统主要由STC89C52、飞思卡尔系列单片机K60、GSM通信模块、传感检测模块机电机控制模块等部分组成。

2.1 控制部分

本设计中采用双CPU的设计方案，分别用飞思卡尔公司的kinetis系列单片机K60和STC89C5C单片机。K60单片机主要用来采集传感器数据和控制舵机。STC89C52单片机主要是用来控制GSM发送短信息以及驱动步进电机

STC89C52RC是一款高性能、低损耗的8位可编程微控制器，512字节的RAM、8K字节FLASH、32位双向IO口、全双工串行口、3个16位定时器/计数器，基友EEPROM及看门狗功能。同时，具有在线编程的功能，可是让使用者方便调试程序的可行性。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。在正常使用是P0口需要接上拉电阻，这时候P0口为准双向IO口。STC89C52RC的P3口比较特殊，它既可以当做通用IO口来使用也可以采用其第二功能来使用。

K60单片机是一款高速、高性能、低损耗的微控制器，该单片机是飞思卡尔公司推出Kinetis系列微处理器的一种，该系列微处理器是以ARM CORTEX M4 为核心的32位微处理器。Kinetis系列微处理器基于飞思卡尔公司先进的闪存技术（TFS）和先进的Flex存储功能，可以达到超过1000万次的擦写，该系列单片机具有非常强大的数据处理能力、该单片机拥有众多的引脚，并且很多引脚都具有复用引脚，可以通过配置寄存器来实现相应的功能，大致可以分为通用IO口（GPIO）模块、定时器模块、异步串行通信模块、模拟量（A）和数字量（D）相互转换模块、SPI模块、I2C模块、CAN等模块。图2为K60单片机及外围接口电路。

2.2 通信模块

GSM模块是集射频信号和基带信号于一体的通信传输模块，特别适合远距离数据传输、该模块符合标准通信传输协议、通过AT指令可以实现短信传输、拨打电话等服务。本系统采用TC35模块来实现收发短信，以此来实现终端的控制，达到智能控制的目的本系统中TC35模块通过串口与单片机连接，其接口电路如图2所示。TC35模块的TXD、RXD通过RS23与STC89C52RC单片机的RXD、TXD连接，以此来实现通过单片机来控制短息收发来达到远程控制和报警的目的。

GSM模块与单片机连接，进行串口通信，GSM模块的TXD、RXD分别与单片机的RXD、TXD相连，并且经过电平转换，电平转换有MAX232进行。在GSM模块与单片机连接时要等待一段时间，GSM模块注册完成后，单片机才能通过程序来控制GSM模块发送短信，在通信时要注意波特率要一致，否者通信不正常，GSM模块不能正常发送短信。

2.3 执行部分

检测部分主要由MQ-2烟雾传感器、MQ-7一氧化碳传感器、火焰传感器、雨滴传感器、温度湿度传感器、ULN2003步进电机驱动芯片、红外传感器、MOC3041光耦、BTA16可控硅等组成。

2.4 电源系统

本设计采用LM2940来做5V稳压，由于K60单片机供电电源为3.3V，所以系统设计中还要有3.3V电源，设计中采用了AMS1117稳压芯片，电路见图3所示。

3 软件设计

当电源上电后，程序开始初始化，各个模块开始测量数值，单片机开始读取各个模块采集回来的值，并通过液晶显示回来，比较各个模块采集值与阀值的大小，当超过阀值时，通过GSM短信报警。其程序流程图如图4所示。

4 总结

本设计主要采用ARM单片机和51单片机实现家居环境的智能监控，该系统可实现温度、湿度、有毒气体、红外等检测与报警功能。通过单片机与移动通信模块实现实时监控，调试结果显示，该系统可靠性性强，灵敏度高，成本较低。有较好的市场应用前景。

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作者简介

宁仁霞（1978-），女，安徽省滁州市人。硕士学位。现为黄山学院信息工程学院讲师。研究方向为信号处理。

作者单位

黄山学院信息工程学院 安徽省黄山市 245041