一种智能家庭监控系统的设计

    摘要：介绍了一种基于MCU控制的智能家庭监控系统的硬件电路及软件设计。MCU通过UART与TC35i生行通信，并控制TC35iNGSM网络模块收发SMS短消息，从而实现家庭安全监控与报警、家用电器自动化控制等功能。
关键词：智能家庭系统；GSM模块；TC35i

0 引言
    智能家庭系统，也被称为智能家居系统(Intelligent Home System)，是一种开放的、使用了多项高新技术的智能化、人本化的集成系统，它把宽带互联网、家电设备、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起。GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统)是基于时分多址技术的移动通信体制中较为成熟、完善、应用广泛的一种系统。GSM系统集中了现代信源编码技术、信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术、话音编码技术以及慢调频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理，因而保证了数据传输的正确性、安全性和可靠性。SMS(Short Message Service)短消息业务是GSM提供的一种不需要建立端到端连接的业务，是GSM中最简单，最方便的数据通信方式。
    本文介绍了一种基于MCU(微控制单元)控制的智能家庭监控系统的硬件电路及软件设计。MCU通过UART(Universal Asynchronous Recei-ver Transmitter，通用异步收发器)向TC35i发送AT指令，利用GSM网络模块的SMS短信业务，实现家庭安全智能监控与报警、家用电器自动控制等功能。

1 智能家庭监控系统硬件设计
1．1 TC35i简介
    西门子公司的TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM 900MHz和1800MHz双频段，可以传输语音和数据信号。  TC35i的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b／s～115kb／s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF(零插拔力)连接器、天线接口等6部分组成。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入／输出、SIM卡、音频接口和控制。
1．2 硬件原理框图
    本系统主要由监控装置、家用电器控制装置、MCU和通信模块TC35i组成，其系统结构如图1所示。系统的工作原理是：将系统分成监测和控制两大类，当系统开始运行时，MCU一边侦听监测端口的报警信号，一边等待接收从GSM网络传来的短信控制指令。当系统的监控传感器发现危险情况，立即触发MCU的外部中断，然后MCU将向TC35i发送AT指令，从而控制TC35i向指定的移动用户发送预先存储在SIM卡中的报警短信。当TC35i模块接收到用户发来的短信时，会触发MCU的串行中断，MCU立即读取接收到的短信并进行解析处理，当判断是否包含有效的控制命令后，再对家用电器控制装置进行相应的控制。

1．3 系统硬件电路设计
    系统的正常运行需要各种外围电路的配合，按照功能可分为电源模块、通信模块、系统外围扩展模块、系统运行状态指示模块。限于篇幅的关系，这里主要介绍通信模块，其它模块在此不再赘述。

通信模块主要完成MCU、TC35i和SIM卡之间的连接和控制功能，如图2所示。本设计选用的MCU是AT89C51，它具有4k bytes的只读程序存储器(ROM)，128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个可编程I／O口线，2个16位定时／计数器，6个中断源以及1个全双工串行口。在本系统中，AT89C51的P1．3脚为TC35i的启动脚，P0口为监控端口，P2口为家用电器控制端口，串行输入／输出口(P3．0／P3．1)与TC35i的输出／输入脚相连。具体的工作流程将在软件设计部分中详细介绍。
    图2通信模块电路图

2 软件设计与实现
    在使用系统前，需要准备好一张已经开通的GSM网SIM卡，可以向当地的移动或联通营业厅申请办理。办好SIM卡后，先在手机终端上向SIM卡中保存报警的目的手机号码，再保存欲发送的报警短信内容。将设置好的SIM卡装入TC35i并上电后，系统即可以按程序设计的流程运行。程序主要由三部分代码组成：TC35i初始化模块、监测报警分支程序、家电控制分支程序，程序流程图如图3所示。

2．1 主程序
    系统开机运行后，需要先对MCU的波特率、定时器、中断端口进行初始化设置。TC35i的数据接口采用串行异步收发，数据接口的配置为8位数据、1位停止位、无校验位、默认波特率为9600b／s。MCU设置完毕后，再对TC35i进行初试化，确定串口通信正常后，再进入检测端口的侦听以及等待控制信息的接收。
2．2 TC35i模块初始化
    在系统上电后，MC需要先通过串行通信口对TC35i发送AT握手指令，如果TC35i能够回复字符串“OK”，说明TC35i的GSM模块以及串行通信接口都能够正常运行。然后再向TC35i发送AT指令，设置短信到达提醒方式为不存储在SlM卡上，直接发送给MCU进行处理；设置短信模式为TEXT模式。
2．3 监测报警分支程序
    当MCU和TC35i初始化设置完毕以后，系统进入等待状态。当侦测端口接收到各监控装置发送来的信号后，触发MCU的外部中断，然后进行对信号的分析处理，再向TC35i发送AT指令，控制其向目的手机发送预先设定好的报警短信息。
2．4 家电控制分支程序
    当TC35i接收到短信后，触发MCU的串口中断，然后由MCU读取短信内容，并对其进行分析处理。如果发现短信中包含合法的有效信息，将会启动相应的家用电器的继电器，确定启动完毕后，将短信删除。如果MCU分析短信内容时，没有发现有效的控制指令，该条短信将会被直接删除。由于SIM卡的存储空间有限，当SIM卡的短信存储满后，将无法接收其他短信，所以需要及时清除掉过期短信，保证用户的控制指令能够及时得到正确的处理。
2．5 AT指令
    本设计主要是通过MCU向TC35i发送AT指令以实现TC35i的初始化设置以及短信的发送与读取工作，表l为本系统所使用到的AT指令及其功能。

3 结束语
    GSM网络具有覆盖广、稳定性好的优点，而SMS短消息传输费用低廉，实用性高，非常适合作为一种无线数据双向传送、无线远程监测和控制的解决方案。本系统结构简单、使用方便、稳定性高、成本便宜，非常适合普通家庭用户使用。而且此系统可扩展性好，可以扩展为其它小型自动化系统，具有一定的实用意义。