基于GSM技术的智能家居远程无线监测系统设计本科毕业论文设计 - 图文

第1章 绪论

1.1 引言

智能家居系统已逐渐成为社会信息化发展过程中至关重要的一个组成部分，特别是无线网络通讯技术的快速发展将是智能家居系统产业链中一个主要的突破口，GSM技术将会对智能家居系统的产业带来飞速的发展。在现代测量控制系统中，均需要采集被测点传感器的数据，而且在数据的采集与处理过程中，往往都需要上位机对采集到的数据进行处理或加以统计。在检测点相对集中的地方，可以采用有线连接的通信方式进行数据的检测与收集，但是在智能家居的环境下通过有线连接的方式却不能满足实际远程监控的需求，因此需要远程无线技术的支持才能实现智能家居环境监测系统的应用。

1.2 课题的研究背景及意义

伴随着智能控制技术、无线通讯技术以及计算机及网络技术的迅猛发展，人们对生活的现代化，居住环境的舒适化及家居的安全化与智能化的要求越来越高。智能家居不仅具有安全，舒适，方便，节能的效果，同时还可以将音频和视频文件，电脑，通讯，家庭自动化控制，安全技术集合起来，并应用各种不同的设备和有效性互连系统的一个有机的整体，使我们的生活更方便，更灵活。

自动化和新技术的发展迅猛，传感器在生活中的应用数量也越来越强大。并且传感器的标准化、模块化的设计，在智能家居控制系统的研究中，提供了很大的方便。

GSM技术是目前市场上广泛使用的较为成熟和完善的通信系统。目前在全国范围内都已经完全覆盖了移动通信网络，能够不限地域的实现短信息业务的交互通信，并且短信息业务在全国范围内实现了无漫游和联网，因此用户可以借助强大的GSM通信网络进行远程数据的通讯，不仅大大节约了成本，更缩短了施工周期，因此GSM技术能够很好的嵌入到智能家居环境监测系统中，移植方便简单，并且运行稳定，再加上无线传感检测技术能够很好的实现智能环境的监测，传感技术与GSM技术的完美融合，智能家居系统将会有很好的发展前景和应用市场。

1.3 国内外研究状况及发展趋势

实际上，智能家居环境的监测控制系统，可以定义为一个远程监控与控制的

过程。利用先进网络通讯技术和计算机技术以及无线传感器技术，将智能控制与家庭生活环境有机地结合在一起，通过综合的管理系统保证人们生活家居环境的的舒适和安全。与普通的家居相比，智能家居不仅在传统的功能可以提供所有的舒适性，其安全性能生活空间的高级保障。智能家居把现有的被动、静态化的结构转化成具有远程信息交换的现代化生活。实现外部流动与家庭时刻关联在一起，合理的安排自己的工作和生活时间，不仅保证了家庭生活的安全性，更提高了人们的工作和生活效率，有效的节省了时间和费用。

利用GSM移动网络技术的短消息业务功能，可以通过远程移动终端系统将命令发送到微控制器上，控制器通过命令识别，运行相应的内部程序，然后根据控制器内部预先设定的程序和SMS（Short Messaging Service）命令共同驱动相关的电器或电子设备开关，该设备可以通过多类型的检测传感器，将室内的环境参数进行收集，并且通过GSM系统通过短信方式发送到远程移动终端，实现实时监控，预防危险，避免财产和人员的损失。智能家居监控系统可以利用系统控制器与远程终端进行信息的交换，使人们的生活更加舒适，方便，安全。并且智能家居控制系统的布线非常简单，但其强大的功能，灵活的移动与扩展，能够得到了市场的广泛接受和应用。

第2章 系统方案设计与各模块的选择

2.1系统总体方案设计

2.1.1智能家居系统概述

本课题的设计通过对GSM通信模块和微控制器之间的通信协议的充分学习和研究，通过实践，设计出一套比较完整和实用可靠的远程控制和智能控制模块，并且进行实际的制作。

本次的设计是基于STM32单片机与GSM无线通信模块SIM900A所制作的一套家庭环境监测和控制系统，它涉及微控制器和GSM模块的短信息功能，温湿度的检测，烟雾浓度的检测，雨量大小检测，报警模组，无线通信以及LCD液晶显示屏等硬件电路的设计。 2.1.2系统方案

本设计的系统包括：GSM无线通信模块，传感器模块（温湿度数据的采集、烟雾浓度采集、雨量大小采集），报警电路以及系统软件。系统结构框图如图2-1所示。本系统上电后，首先进行整个系统的初始化，收集一组环境数据，把室内的温度和湿度，烟雾浓度，雨量等环境参数显示在LCD12864液晶屏上。并与预先设定的上限值进行比较，判断是否达到设置的预警值，进行报警电路的驱动以及是否将报警信息发送到远程移动终端，实现远程短信息报警。

电源模块图2-1 系统结构框图

LCD显示模组传感器模组STM32单片机通讯协议GSM无线通讯模块报警电路

2.2各功能模块的选择

2.2.1单片机的选择

方案一： STM32F103C8T6单片机，工作电压为3.3V，且含有32位的高速处理芯片。其运算和运行速度都非常快，编程环境是Keil uVision4，编程界面较为简单并且该控制器的强大之处在于其代码的移植非常方便，能够很好的进行编程。Cortex-M3系列的单片机的内部资源和接口非常强大，拥有多路串口、A/D接口、SPI接口及外部中断，能够很好的应用到系统中，并且该单片机的价格便宜，工作也稳定[1]。

方案二： AT89C51单片机，该单片机的外部IO资源和内部寄存器的资源相对较少，是目前市场上功能较为落后的一款控制芯片，但是该芯片是上市比较早的一款高性能的8位微处理器芯片，并且该芯片的市场价位相对较低，比较适合用于对系统稳定性和精度要求不是很苛刻的场合，而且该芯片的编程方法比较简单，非常适合刚开始接触微控制器的初学者[2]。

AT89C51的运算速度相对于STM32单片机来说有一定的差距，而且其外部IO资源和寄存器较少，与STM32单片机相比较显得有些不足。经过对本系统的功能分析，因为本系统在整个工作过程中需要不断地对数据通过SPI接口发送和接收，对系统的运算速度有很高的要求，并且还用到了很多内部定时器及中断资源。并且个人对STM32运用的比较多，因此选用STM32F103C8T6单片机作为系统的控制器。STM32F103C8T6芯片如图2-2所示。

图2-2 STM32F103C8T6芯片

2.2.2温湿度传感器的选择

方案一：数字式温度传感器的选择在目前很多工农业场合很多采用DS18B20作为系统的测温元器件，由于该测温元件的输出信号为数字信号，能很好的与微控制器进行命令和数据的传输，并且该测温元件的外围电路要求简单，稳定性也相对不错，能够很大程度上简化硬件电路的设计，但其检测范围仅限于温度测量，