基于MCU控制的智能家庭監控系統設計

　　引言
    
　　智能家庭系統，也被稱為智能家居系統(Intelligent Home System)，是一種開放的、使用了多項高新技術的智能化、人本化的集成系統，它把寬帶互聯網、家電設備、家居自動化和家庭安全防護防盜有機地結合到一起。GSM(Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統)是基于時分多址技術的移動通信體制中較為成熟、完善、應用廣泛的一種系統。GSM系統集中了現代信源編碼技術、信道編碼、交織、均衡技術、數字調制技術、話音編碼技術以及慢調頻技術，同時在系統中引入了大量計算機控制和管理，因而保證了數據傳輸的正確性、安全性和可靠性。SMS(Short Message Service)短消息業務是GSM提供的一種不需要建立端到端連接的業務，是GSM中最簡單，最方便的數據通信方式。
    
　　本文介紹了一種基于MCU(微控制單元)控制的智能家庭監控系統的硬件電路及軟件設計。MCU通過UART(Universal Asynchronous Recei-ver Transmitter，通用異步收發器)向TC35i發送AT指令，利用GSM網絡模塊的SMS短信業務，實現家庭安全智能監控與報警、家用電器自動控制等功能。

　　1 智能家庭監控系統硬件設計

　　1．1 TC35i簡介
    
　　西門子公司的TC35i模塊是一個支持中文短信息的工業級GSM模塊，工作在EGSM 900MHz和1800MHz雙頻段，可以傳輸語音和數據信號。  TC35i的數據接口通過AT命令可雙向傳輸指令和數據，可選波特率為300b／s～115kb／s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF(零插拔力)連接器、天線接口等6部分組成。TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。

　　1．2 硬件原理
    
　　本系統主要由監控裝置、家用電器控制裝置、MCU和通信模塊TC35i組成，其系統結構如圖1所示。系統的工作原理是：將系統分成監測和控制兩大類，當系統開始運行時，MCU一邊偵聽監測端口的報警信號，一邊等待接收從GSM網絡傳來的短信控制指令。當系統的監控傳感器發現危險情況，立即觸發MCU的外部中斷，然后MCU將向TC35i發送AT指令，從而控制TC35i向指定的移動用戶發送預先存儲在SIM卡中的報警短信。當TC35i模塊接收到用戶發來的短信時，會觸發MCU的串行中斷，MCU立即讀取接收到的短信并進行解析處理，當判斷是否包含有效的控制命令后，再對家用電器控制裝置進行相應的控制。

　　1．3 系統硬件電路設計
    
　　系統的正常運行需要各種外圍電路的配合，按照功能可分為電源模塊、通信模塊、系統外圍擴展模塊、系統運行狀態指示模塊。限于篇幅的關系，這里主要介紹通信模塊，其它模塊在此不再贅述。

　　通信模塊主要完成MCU、TC35i和SIM卡之間的連接和控制功能，本設計選用的MCU是AT89C51，它具有4k bytes的只讀程序存儲器(ROM)，128 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個可編程I／O口線，2個16位定時／計數器，6個中斷源以及1個全雙工串行口。在本系統中，AT89C51的P1．3腳為TC35i的啟動腳，P0口為監控端口，P2口為家用電器控制端口，串行輸入／輸出口(P3．0／P3．1)與TC35i的輸出／輸入腳相連。具體的工作流程將在軟件設計部分中詳細介紹。

　　2 軟件設計與實現
    
　　在使用系統前，需要準備好一張已經開通的GSM網SIM卡，可以向當地的移動或聯通營業廳申請辦理。辦好SIM卡后，先在手機終端上向SIM卡中保存報警的目的手機號碼，再保存欲發送的報警短信內容。將設置好的SIM卡裝入TC35i并上電后，系統即可以按程序設計的流程運行。程序主要由三部分代碼組成：TC35i初始化模塊、監測報警分支程序、家電控制分支程序。

　　2．1 主程序
    
　　系統開機運行后，需要先對MCU的波特率、定時器、中斷端口進行初始化設置。TC35i的數據接口采用串行異步收發，數據接口的配置為8位數據、1位停止位、無校驗位、默認波特率為9600b／s。MCU設置完畢后，再對TC35i進行初試化，確定串口通信正常后，再進入檢測端口的偵聽以及等待控制信息的接收。

　　2．2 TC35i模塊初始化
    
　　在系統上電后，MC需要先通過串行通信口對TC35i發送AT握手指令，如果TC35i能夠回復字符串“OK”，說明TC35i的GSM模塊以及串行通信接口都能夠正常運行。然后再向TC35i發送AT指令，設置短信到達提醒方式為不存儲在SlM卡上，直接發送給MCU進行處理；設置短信模式為TEXT模式。

　　2．3 監測報警分支程序
    
　　當MCU和TC35i初始化設置完畢以后，系統進入等待狀態。當偵測端口接收到各監控裝置發送來的信號后，觸發MCU的外部中斷，然后進行對信號的分析處理，再向TC35i發送AT指令，控制其向目的手機發送預先設定好的報警短信息。

　　2．4 家電控制分支程序 
   
　　當TC35i接收到短信后，觸發MCU的串口中斷，然后由MCU讀取短信內容，并對其進行分析處理。如果發現短信中包含合法的有效信息，將會啟動相應的家用電器的繼電器，確定啟動完畢后，將短信刪除。如果MCU分析短信內容時，沒有發現有效的控制指令，該條短信將會被直接刪除。由于SIM卡的存儲空間有限，當SIM卡的短信存儲滿后，將無法接收其他短信，所以需要及時清除掉過期短信，保證用戶的控制指令能夠及時得到正確的處理。

　　2．5 AT指令 
    
　　本設計主要是通過MCU向TC35i發送AT指令以實現TC35i的初始化設置以及短信的發送與讀取工作，表l為本系統所使用到的AT指令及其功能。 

　　3  結束語 
    
　　GSM網絡具有覆蓋廣、穩定性好的優點，而SMS短消息傳輸費用低廉，實用性高，非常適合作為一種無線數據雙向傳送、無線遠程監測和控制的解決方案。本系統結構簡單、使用方便、穩定性高、成本便宜，非常適合普通家庭用戶使用。而且此系統可擴展性好，可以擴展為其它小型自動化系統，具有一定的實用意義。