家庭智能管家兼报警系统——单片机控制GSM设计原理揭秘

前言

随着国民经济的增长、科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们需要对室内环境的安全进行有效的监控和及时的报警。传统的安全防护设备在使用性的便捷度上和及时性上都都存在不可豁免的缺点，不能完全的满足现代居民对生活的需求，现在需要一种智能报警系统，它可以在室内环境产生异常时能够及时发现、报警和通知主人，人们的生活环境将会更加安全、)嵌入式技术和传感技术的发展为这一系统的实现提供了可能。像以下这种系统就可以满足上述需求，是一个基于STC89C52单片机控制GSM的智能家用报警系统，它不仅能够对被保护对象进行监督，还能报警。在正常情况下，此系统是通过运用温度传感器来监测室内温度，再用热释电红外传感器来监测是否有人进入，检测数据传入单片机，单片机对数据进行分析和处理，若有异常，进行蜂鸣报警，并控制GSM系统向主人发送信息、)该智能报警系统可以根据环境变化及时做出反应从而保证家居环境的安全。

我国在防盗报警系统中的研究还不成熟，然而此技术在国外则是十分完善的，已经广泛应用像超声波防盗器、红外线报警器等功能齐全、技术先进的报警器。但是应用得最广的还是红外对射直接到主机上这种方式，不仅技术成熟、操作简单，而且价格也十分低，所以受到人民的喜爱和欢迎。防盗系统中的报警器设计主要是依据声波、红外线等技术实现的，并逐渐趋向于无线化、数字化、集成化发展，对于更好的满足防盗需求具有重要帮助。

1系统硬件设计的思路

1.1系统总体设计

此系统的设计是主要依靠STC89C52单片机的功能，其主要有热释电红外传感部分、温度监测功能、报警功能、数码管显示功能、以及GSM短信报警等功能和结构。

1.2温度检测及显示模块设计

温度检测及显示模块都是利用数字温度传感器DS18B20，这种传感器除了有操作方便、结构简单、适用性强、耐用性强等自身优点，其在使用上也是十分稳定和超强的灵敏度。

1.3热释电红外传感模块设计

热释电红外传感主要功能是能够准确检测被监视范围内是否有人体，其主要由RE200B和BISS0001两种芯片组成。BISS0001是CMOS类，是一种高输入阻抗运算放大器，需要和传感器进行配合来对收集信号进行处理，其优点是，不仅能够和多种传感器匹配，还有高效的防干扰性，而且，稳定性强、适用范围广。当有人一旦进入到被监视范围，RE200B就会发生细微的电压波动，这种细微变化将会触发芯片，经过BISS0001芯片的两级放大后，在V0信号输出端产生3.3V左右的电压;当没有人经过时，V0端输出0V,输出电压送入单片机进行判断和处理，从而实现了人体检测。

1.4GSM短信报警模块设计

GSM模块主要由TC35i、电源电路、串口电路和GSM保护电路四部分构成。其中，TC35i不仅能识别英文信息也能识别中文信息，同时也能通过AT命令来保证数据和语音两种方式的信息发送形式。此模块不仅小体积、低重量、低能耗等重要优点，还具备SIM工具和AT命令等优点。电源电路为GSM提供合适的电压。GSM具有保护电路作用，用于防止供给电压过大。

2.系统软件的设计

系统以c和汇编语言为编程语言。该系统通过传感器对室内环境条件进行检测，检测数据传送给单片机，由单片机对数据进行处理并采取相应措施。系统程序流程。系统启动之后，首先进行初始化操作，为了能够及时显示温度以及对非法入侵报警，系统采用中断技术，使用单片机定时中断T0，每隔500ms中断一次、打开中断后，系统开始进行工作，当有人进入时，系统调用GSM短信发送程序，并进行蜂鸣器报警，为了让报警产生效果，将报警时间延迟2分钟、GSM发送短信程序设计的流程图。

3.系统测试

系统软硬件设计完成后，对各模块进行测试。接通电源后，数码管能够正常显示当前室内的温度，并且随室内温度的改变而改变，表明温度检测和显示模块功能正常;然后，对是否能够检测到人体进行了测试，一旦有人进入到传感器的监测范围，系统将会在自动报警的同时将以短信方式通知到设置好的手机；当没有人体进入时，系统则保证原有不报警、不发送信息状态，这也证明整个系统是正常的。

4.防盗报警器的功能

发现有非法入侵者时，可及时的发出报警。采用复合式的防盗传感器，红外传感器和振动位传感器并接的使用方法，以增加报警的可靠性。报警器发出类似于蜜蜂的嗡嗡声，可以很快速的显示出事的地点。还可以采用双电源的技术，主电源停电或者遭遇到非法切断时，而此时的被动电源也可以自动工作的。

5.单片机报警系统设计的未来发展

防盗设置对于减少财产损失具有重要意义，因此也是人们所关心的话题，在未来的发展过程中，基于单片机的防盗报警系统设计势必会不断优化，并呈现出更加智能化的方向发展。

5.1稳定性、可靠性：可以防止电磁干扰、防雷电等等，以此来适应种种恶劣的气候条件。

5.2更多变性：如探测器可以调频、防止遮挡、防止喷盖，防止遭受破坏等等。

5.3小巧精美的外观：时尚的追求是现代人的梦想，而此款设计正是符合了当下人的宿求。

5.4具有更强大的联网性：现如今计算机的普及已经方便了人们的生活，而此款设计的条件之一就是与计算机联手，使人们的生活更是锦上添花。

结束语

随着生活水平和社会的进步，人们对居家的要求是越来越高了，安全意识也不断增强。防盗问题一直是人们生活中的重要问题，也是不同忽视的问题，不仅会直接影响人们的生活，也会扰乱社会的秩序。所以，在今后的发展中，应该不断提升对安防的认识和研究，在实践中优化设计，在改进中提升技术，以提升人们的生活品质。

基于单片机和GSM的智能家居系统的设计

崔冰清,褚丽莉,杜仁鹏

(辽宁工业大学 电子与信息工程学院，辽宁 锦州 121001)

：介绍了单片机操作系统、C语言技术与GSM模块结合完成智能家居系统的设计与实现。该系统主要实现三大功能：监控室内温度、防盗和检测室内可燃气以及烟雾。首先通过3个传感器模块采集室内信息，例如温度、人体、可燃气与烟雾等，然后发送到以51系列单片机为核心控制器构建的数据采集终端上进行处理，若发生特殊情况，系统发出报警声，并通过GSM模块发送报警信息到远程接收端。仿真结果证明，该系统成本低，操作方便，并且达到了预期的稳定性和可靠性。

：单片机；C语言；传感器；GSM

：TP273文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.07.015

引用格式：崔冰清,褚丽莉,杜仁鹏.基于单片机和GSM的智能家居系统的设计［J］.微型机与应用，2017,36（7）：50-52.

0引言

智能家居的概念最早是美国在20世纪70年代提出来的。此后，在欧洲、新加坡、日本等发达国家和地区，智能家居这个概念被引入，并且势头越来越猛［1］。20世纪90年代末传入中国。随着中国综合国力的增强，人民生活水平的提高，住宅消费观念的不断进化，对于住宅的要求也相应提高，于是形成智能住宅及智能家居的概念［2］。

本文结合单片机接口技术以及C语言的相关知识设计了智能家居系统，目的是实现以下功能：当有人闯入住宅时，红外报警模块触发，报警指示灯亮，并通过蜂鸣器发出警报，通过GSM模块传到远程的手机接收端，从而通过远程接收端对智能家居系统进行控制；通过温度检测模块和烟雾传感器模块设置额定温度值以及额定的烟雾值，当温度以及烟雾超过额定值时，报警指示灯亮并通过蜂鸣器发出警报，然后通过GSM模块发送到远程手机接收端，并通过接收端进行控制。

1系统总体设计

本文所设计的智能家居系统包括以下几个部分：温度检测模块、红外监控模块、烟雾传感器模块、LCD液晶显示模块、GSM模块等。本系统是基于安卓操作系统建立的远程控制平台，以51系列单片机为核心控制器构建数据采集终端［34］。按键电路控制系统的额定值，并模拟门的状态。蜂鸣器电路用以报警时发出警报，LED灯模拟报警时发出照明警报。室内环境监控系统是系统的重要组成部分，其作用就是对室内环境进行实时监测，并依据事先设定好的参数和控制规则对室内环境进行干预。它分为3个子系统：温度监控系统、红外感应报警系统、烟雾与可燃气报警系统［5］。温度监控系统将传感器采集到的温度数据传送给单片机，同时单片机将实际温度与设定的额定温度进行比较，如果实际值大于额定值，系统就会发出警报，并通过GSM模块发送到远程控制平台，通过接收端进行控制。红外传感器检测到有人非法进入时，触发报警。数据采集终端会将报警信息及时反馈到安卓监控平台进行控制。烟雾传感器的原理类似于温度传感器，传感器将采集到的烟雾值传送给单片机，并与实际设定值进行比较，若实际值大于额定值，系统发出警报，并通过GSM模块发送到远程控制平台，通过接收端进行控制。系统设计的总体框图如图1所示。

2硬件设计

系统采用Atmel公司生产的AT89C52作为系统的主控芯片，在其外围添加温度传感器、红外传感器、烟雾传感器、GSM模块等硬件设备，这些设备主要用于检测室内环境因素，当超过额定的设置值时，在液晶显示屏上显示当前值和额定值，并通过蜂鸣器报警以及GSM模块发送到远程接收端，当然，报警指示灯会亮。

2.1温度传感器模块

本系统温度传感器模块选用的是DS18B20。它采用单总线通信方式，其内部包含地址，非常适合于各种工业和民用场合的应用［6］。其测温范围是-55°~+125°；其分辨率用户可以自行选择，9~12 bit之间；内部也分别设置了温度的上限与下限的报警设置。除此之外，DS18B20的成本也比较廉价，适合推广。

2.2烟雾传感器模块

烟雾与可燃气报警系统的作用是监测室内环境的气体成分，当监测到特定烟雾或者可燃气体时，系统立即发出警报。该系统检测到特定烟雾或者可燃气体时，会发出声光报警，并将报警信息反馈至远程监控平台［7］。

本系统选用MQ-2气体传感器模块作为前端数据采集器件。MQ-2的电路连接图如图2所示。

可以通过RV1上下两个箭头调节接收到的烟雾值。当调到大于或者等于设定的额定值时，系统就会发生警报。

2.3红外人体感应传感器

本系统采用的红外人体感应传感器模块是HC-SR501。该模块灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。

其硬件电路设计图如图3所示。

2.4GSM模块

GSM模块是一个类似于手机的通讯模块，集成了手机的若干功能于一块小电路板上，与手机部分功能一样，具备发短信、打电话的功能。它在很多领域中都有着广泛的应用。通过使用AT指令才能对GSM模块进行控制。模块可以与电脑RS232串口连接，也可以用单片机来进行控制。

本系统通过SIM800模块对温度、烟雾以及红外模块信号进行接收，将报警信号发送到用户接收端。其主要功能部分包括：（1）GSM基带;（2）GSM射频;（3）天线接口;（4）其他接口。

模块功能图如图4所示。

2.512864LCD液晶显示屏模块

由于LCD具有显示信息量大、能够实现良好人机交互的特性，所以得到了广泛的使用［8］。常见的液晶有字符型液晶和图形型液晶，由于字符型液晶只能显示字母和数字，不能显示汉字，所以在国内用得比较少。而图形型液晶在国内应用比较广泛，它可以显示汉字、图形等各种信息。其中12864LCD液晶显示电路如图5所示。

3软件程序设计

本次实验的仿真部分是在Proteus软件中进行的，相应的软件程序是在Keil C51中完成。在一般由单片机控图512864LCD液晶显示屏电路连接图制的系统中，主程序中某一部分是被系统反复执行的 。当然本系统也不例外，当单片机上电后，系统开始运行，从main函数中开始执行。在本系统的主函数中，主要完成一些外设的初始化，并根据用户对于按键的操作来控制外部信息的接收。本系统主要实现的功能有监控室内温度、检测室内烟雾以及可燃气、防盗等，并且通过GSM模块发送报警信息到远程终端。对于软件程序的编写，可以通过按键对单片机设计最小初始的最高温度和最低温度、额定的烟雾值以及红外感应等各方面的数值来达到设计的目的。下面是主程序的部分代码：

#include <reg52.h>

#include "lcd12864.c"

#include "key.c"

#include "ds18b20.h"

#include "gsm_model.c"

sbit buzzer=P1^5;//蜂鸣器

sbit mq_2=P1^4;//mq_2

#define buzzer_onbuzzer=0;

#define buzzer_off buzzer=1;

extern uchar temp_value;

uchar TxRxBuf［4］={0xff,0x00,0x00,0x00};

uchar high_temp=29;

uchar low_temp=2;

uchar temp_now=0;

uchar set_flag=0;

bit warn_flag=1;

ucharbuzzer_flag=0;

4仿真结果

为了验证系统的各项指标，对系统进行仿真，在仿真测试过程中，主要模拟测试了智能家居系统对室内环境，包括室内温度值、烟雾值以及是否有人闯入等方面的监测，并模拟报警。首先测试第一个功能：监控室内温度。设置初始的额定温度报警值最高为38°，最低为5°，通过温度传感器改变温度值，当温度达到或超过额定最高温度值或者等于或低于额定最低温度值时，LCD显示屏显示当前温度，报警指示灯亮，蜂鸣器工作，GSM模块发送报警信息到接收端。实验结果显示该功能可以正常工作。其次测试第二个功能：检测室内是否有烟雾以及可燃气，该功能与第一个功能类似。设置初始额定烟雾指数为25，给烟雾传感器一个烟雾值，当烟雾达到或超过额定烟雾指数时，LCD显示屏显示当前烟雾指数，蜂鸣器工作，报警指示灯变亮，GSM模块发送报警信息到远程终端。通过仿真

验证，该功能能正常工作。测试最后一个功能：防盗。当人体感应传感器检测到有人非法进入时，显示屏上入侵状态显示有，反之，则显示无。

5结论

本次设计采用了单片机作为中央处理器，各个传感器采集家居的内部环境因素，并通过GSM模块发送报警信息到接收端。各个硬件设备的互相有效协作，完成了智能家居的模拟。

参考文献

［1］ 吕莉,罗杰.智能家居及其发展趋势［J］.计算机与现代化,2007（11）：18-20.

［2］ 高小平.中国智能家居的现状及发展趋势［J］.低压电器,2005（4）：18-21.

［3］ 王朝华,陈德艳,黄国宏,等.基于Android的智能家居系统的研究与实现［J］.计算机技术与发展,2012，22（6）：225-228.

［4］ 李涛.基于Android的智能家居APP的设计与实现［D］.苏州:苏州大学,2014.

［5］ 花铁森.智能家居系统核心技术探讨［J］.智能建筑电气技术,2009，3（1）：92-98.

［6］ 刘晓彤.嵌入式智能家居远程监控系统的设计与实现［D］.北京:北京交通大学,2009.

［7］ 崔若飞.基于ARM和GPRS智能家居监控系统的设计与研究［D］.北京:北京交通大学,2009.

［8］ 徐子豪,张腾飞.基于语音识别和无线传感网络的智能家居系统设计［J］.计算机测量与控制,2012，20（1）：180-182.

相关问答

1.串口对串口(不过一般普通用户不太容易连接到手机的串口)2.蓝牙:单片机+蓝牙模块-》手机蓝牙模块-》手机上应用程序3.红外:单片机+红外模块-》手机红外模块...

单片机与手机实现远距离通信,有很多种可实施的方案。例举其中两个方案进行讲解:一:2G/4G移动通信方案器件选型1,单片机选用Cortex-M3内核,国产兆易创新...单...

跟踪器是通过跟踪器主机接收太空的GPS信号,将GPS信号分析后计算出自己的大地坐标,再通过GSM/CDMA等无线网络将自己的位置报告的监控中心的一种定位设备。GSM...

是指在传统的电压监测仪的基础上,利用当今GSM通信领域的短消息技术,可以实现对节点电压的远程无线监测与数据传输,这种类型的电压监测仪是以单片十六位微处理...

推荐双向报警器的GPS卫星追踪器,例如RF-V12+。GPS定位追踪器是内置了GPS模块和移动通信模块的终端,用于将GPS模块获得的定位数据通过移动通信模块(gsm/gprs网...

stk(simtoolkit)允的应gsm的短作用,同时它还允许sim卡运行自己的应用软件。这些功能经常显示在可通过软件激活的手机屏幕上,用友好的文本菜单代替机...

SIM卡是(SubscriberIdentityModule客户识别模也称为智能卡、用户身份识动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的...

[回答]用单片机的SPI接口与模块的SPI接口对应连接,由单片机通过SPI接口向模块发送数据和控制命令。单片机发送的控制命令中包含了某一模块的接收地址,任...

1、电子信息专业JAVA软件工程师很多的公司都有招聘JAVA软件工程师,但都需要有一年以上JAVA开发经验,而且要求的技术也比较多。一般要求为:熟悉J2EE架构,...1...

[回答]目前市场有很多不良产品,您务必认真比对后,百度搜索等多方面了解该公司实力后,再做选择,定能找到合适的产品。1)硬件设备:GPS模块、GSM模块、备用...