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1、GSM在远程住宅智能控制系统中的应用摘 要随着国民生活水平的不断提高和安全防范意识的增强，人们对家居环境的智能化和安全化也提出了更高的要求。本设计利用GSM无线通讯网络、智能监控器和用户手机终端构建一套功能完整的远程智能住宅监控系统。关键词： 住宅监控； GSM； 单片机； 手机终端1 绪论近年来，远程监控技术备受人们的关注，尤其在设备的性能监测和故障诊断领域都得到了广泛的应用。目前使用较多的是基于Internet、PSTN公用电话网或者现场总线网络的有线数据传输方式。但是在最近几年，随着数字无线通信技术的成熟，特别是GSM/GPRS/CDMA公用网络的完善，远程监控技术进入一个新的发展阶段。
2、在工程应用中，无线远程监控主要采用两种传输模式：建立以无线数字电台为基础的专用通信网络；利用GSM/GPRS陆地公用移动通信网络，甚至运用正在兴起的3G网络CDMA也是一种发展趋势1。对于前者，系统运行成本低，但是初期投资成本大，而且通信距离有一定的限制，只适合于较大数据量传输、并且监控点相对固定的场合。而现在GSM网络覆盖了国内的几乎所有地区，基于GSM的远程监控系统一般不用考虑通信距离的问题。所以对于数据传输量较小、实时性相对要求不高的场合，利用GSM公用无线网络进行数据传输是最好的选择221,22。GSM系统的短信息业务为远程监控提供了一种廉价的数据通信方式。它已成功应用于农业灌溉控制、
3、农业信息采集、水文监测、自来水水位自动监控等领域。它不需要建立拨号连接，只需把要发的信息加上目的地址发送到短信息中心，再由短信息中心转发到最终目标。只要求每次发送的数据量限制在160byte以内即可，这对传送少量现场数据和控制指令信息已经足够。1.1 住宅智能化产生的目的和意义随着生活水平的提高，人们对生活的要求越来越高。这时利用GSM无线通讯网络、智能监控器和用户手机终端构建的一套功能完整的远程智能住宅监控系统已经成为大多数人的要求。该系统可以在用户外出期间，利用51单片机对整个住宅的安全环境进实时监控。一旦有安全事故发生，监控系统就会立即通过GSM网络将情况以短信的形式传递给户主，户主在得
4、到信息后，可以立即采取有效的措施3。由社会背景之层面来看，近年来信息化的高速发展，通信的自由化与高层次化，业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成智能住宅的需求大为增加，在科学技术方面，由于计算机控制技术的发展与电子信息技术的成长，也促成了智能住宅的诞生。1.2 住宅智能化发展目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网是我国公众移动通信网的主要方式。GSM工作在900MHZ，采用数字调制速率为270.833KBIT/S的高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制（BT=0.3）。每载频使用时分多址（TDMA技术），分为8个全速率业务信道（TCH/F）或16个半速率
5、业务信道（TCH/H），并包括各自所带有的随路控制信道，全速率业务信道速率为11.4BIT/S12。短信息服务（SMS）是GSM技术应用的一项重要内容，它具有一些突出特点如：一次可传输140BYTE的数据，数据的内容可以是字符或数字；可以在GSM网络内端对端传输，还可以从GSM网络外（如互联网）发送短信息给一个端点站；短信息通过设在移动通信部门的短信息中心（MSC）用GSM系统的信令信道传送，与语音信道不冲突，即使终端处在通话状态下也可以进行传送；在短信息传送过程中，不进行呼叫连接建立和释放的过程；MSC具有短信息的存储功能，在终端设备关机时，可以保持信息在一定时间内有效。利用这些特点，及其双
6、向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，即实现遥测和遥控6。GSM短信息是移动通信部门利用GSM网络在提供电路交换的各种电信业务和承载业务之外提供的基于数据分组交换的一项增值业务。基于GSM网络的SMS业务现在以其快捷,方便,价格低廉的特点已普遍用于各个领域。本系统已经投入重庆移动试用,运行稳定,能及时反映基站的运行状况,克服了传统维护基站时被动,费时费力的局面,减低了用户对营运商的投诉率,改善了网络运营环境,对基站起到了统一高效的维护与管理。世界一流的各大电子测量仪器公司都为GSM的测试发挥着重要作用，其中HP公司成了GSM系统测试的先驱。1989年HP英国Briscl
7、分部首先提供了HP11836A-0.3GMSK调制测试软件和第一部GSM射频信源HP8657A，接着HP又提供了GSM系统多层协议分析和和信号分析的仪器其中通信协议分析仪可接至群接口,监测X.25、LAPD和CCS7协议。1.2.3 总体要求和规划本课题要研究的问题是基于GSM的远程住宅智能监控系统。首先，要了解所用到的模块的原理、结构、功能；然后对各个模块进行更为细致的了解和掌握。最后实现各个模块之间的衔接，即对接口进行设计。整个远程住宅监控系统由智能监控器、GSM通讯网络和用户手机终端三部分构成。在设计开发过程中用单片机接收检测到的信号，处理后向GSM模块通信，再通过GSM无线通信网络发送
8、给手机用户。本次设计重点是基于单片机和GSM模块的接口设计。它包括硬件设计和软件实现两个部分。整个系统主要由单片机、GSM通讯模块、外围设备和开关量输出接口的智能传感器构成。单片机是整个硬件系统的核心控制部件，负责接收传感器触发的开关量报警信号，发送GSM通讯命令，控制信息传输。GSM模块是实现无线数据传输的关键器件，它主要短信息发送提供无线接口。系统软件的设计的关键在于如何利用GSM模块进行通讯。2 总体方案设计此次设计是基于GSM的远程住宅智能控制，其中用到的模块主要有GSM模块、单片机、传感器及其外围电路。传感器用于检测危险信号并把信号发送到单片机中，单片机作为监测系统将报警信号传送到G
9、SM模块，然后通过GSM通信网络发送到用户手机。2.1 方案分析与论证本方案由智能监控器、GSM通讯网络和用户手机终端三部分构成如图2.2所示。智能监控器由单片机AT89C51组成、GSM通讯模块使用西门子的TC35I模块、环境监测传感器包括热释电红外传感器、火灾烟雾报警器、煤气泄漏报警器等。本系统以AT89C51单片机作为整个硬件系统的核心控制部件，负责接收传感器触发的报警信号，发送GSM通讯命令，控制信息传输。西门子的TC35I模块是实现无线数据传输的关键器件，它为短信息发送提供无线接口。整个电路采用MAX3238和MAX232实现TC35I和AT89C51之间的电平转换。图2.2 方案二
10、硬件框图3 远程住宅智能监控系统的硬件设计整个远程住宅系统由智能监控器、GSM通讯网络和用户手机终端三部分构成。GSM网络为本系统的信息传输平台，负责将报警信息以短信息形式传递给用户。由于GSM是目前我国主要使用的蜂窝数字移动通信系统，技术成熟，覆盖面广，传输距离基本不受限制，而且直接面向用户手机，是良好的无线传输平台。用户手机为远程监控终端，当有安全事故发生时，手机就会接收到一条来自智能监控器的报警短信。在设计开发过程中GSM网络和用户手机均为现有设备，可以直接引入系统。GSM通讯网络和手机用户终端都是已有的，所以重点是智能监控器的设计与实现。智能监控器由西门子的TC35I模块、AT89C5
11、1模块、环境监测传感器（热释电红外传感器、火灾烟雾报警器、煤气泄漏报警器等）和一些外围器件构成。3.1 TC35I外围电路设计 目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WM02系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35I。TC35I与GSM 2/2 兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0705，且易于升级为GPR
12、S模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短信息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计14。TC35I的主要特性与技术指标包括以下几点：（1）频段为双频GSM900MHz和GSM1800MHz（phase 2/2+）；（2）支持数据、语音、短信息和传真；（3）高集成度（54.5mm36mm3.6mm）；（4）质量为9g；（5）电源电压为单一电压3.34.8V；（6）可选波特率300bps115kbps，动波特率4.8115kbps；（7）电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；（8
13、）温度范围正常操作-20 +55，存放-30 +85；（9）SIM电压为3V/1.8V。TC35I的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU RS232接口标准。它固有的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，硬件握手信号用RTSO/CTSO，波特率在300bps115kbps之间可选，软件流量控制在用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集15。图3.6 MAX3238模块3.2 AT89C5I及其外围电路AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的程序存储器和128B的随机存取数据存取数据存储器（RAM）
14、，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准的MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C51的极限参数：（1）工作温度：-55+125（2）储藏温度：-65+15（3）任一引脚对地电压：-1.0V+7.0V（4）最高工作电压：6.6V（5）直流输出电流：15.0mAAT89C51单片机是整个系统的核心控制部件，负责接收传感器采集的报警信号，再发送GSM通讯命令，控制信息传输与LED指示。主要包括采用MAX232接口的串行通信电路图、复位电路、按键显示电路20。其外围电路参
15、见附录B所示。3.2.1 采用MAX232接口的串行通信由于RS-232标准采用负逻辑，而一般单片机均为0-5V的正逻辑，为了实现单片机的通信，在电路上采用电平转换芯片MAX232实现正电压、负电压的转换，如图3.7所示。MAX232芯片是包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种通信接口。芯片内部有一个电源电压变换器，它可以完全MAX3238和AT89C51间的电压转换，电压转换范围是-10V+5V或+5V+10V。所以采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电压就可以了17。图3.7 采用MAX232接口的串行通信电路3.3 环境监测传感器环境监测传感器如火灾烟雾报警器、煤气泄漏报警
16、器、热释电红外传感器用于环境监测。例如，安装在门窗位置的热释电红外传感器可用来监测盗窃者的非法入侵；安装在天花板上的火灾烟雾报警器可以监测到室内出现的突发火灾；安装在厨房的煤气泄漏报警器可以用来监测有无煤气泄漏。这些安全监测传感器，均可以提供全方位的安全监测保障。整个智能监控器在设计时，采用节能模式21。3.3.1 火灾烟雾报警器电路本节介绍的火灾烟雾报警器适用于对煤气、液化气、汽油、一氧化碳、烷类等挥发性气体及纸张、木材、橡胶、塑料制品等燃烧生成的烟雾进行检测。其电路如图3.12所示。采用QM-N5气敏传感器，实现气电转换，555时基集成电路及其周围元器件组成触发电路和报警电路。由于气敏元件工作时，要求其加
