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作者：广东科贸职业学院 苏立科 林满 何永发
指导教师：滕泓虬 曾海峰

　　作品简介

　　开发背景:
　　随着科技的发展，网络通信技术的发展，传感器的功能增强，使得多功能家居系统的发展提高了技术支持，也为家居系统的发展，提供了更多的便利。
　　随着经济的快速发展，人民的生活水平不断的提高，享受着高科技带来的便利，为了实现家用电器的智能远程控制，有着越来越迫切的要求，对于家居安全性要求更高了，渴望高品质的生活，享受着现代精神内涵与浪漫情趣。
　　本次设计的作品是基于GSM和AVR单片机的多功能家居系统，实现移动通信，有害气体监控，远程控制家用电器这三个方面。该系统并不昂贵，适合普通大众使用，有着广阔的市场前景。

　　结构说明：
　　以C89C51单片机为核心的核心板、使用18B20温度传感器、气体泄漏传感器，并通过GSM模块实现家居与用户的信息交流和通信，并通过手机发信息控制继电器，实现对家用电器，室内灯光的控制。　　

　　功能与使用说明：
　　1. 移动通信系统
　　该功能实现外界对家居的实时通信，信息的交流，让人们沟通更加便利。通过手机拨打号码，发送信息，实现通信。
　　2. 远程控制系统
　　用户可以通过手机可以在任何地方，实现对电视，空调，电灯等电器现实控制。当你外出在外可以实现对家里电器的控制，实现家居方便，安全。外出归来时，可以提前远程控制家里的空调，让你回家就有凉爽的感觉。享受着家居系统，带来的高品质生活。
　　3. 有害气体监控
　　通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并及时的通过信息通知用户。并控制继电器的开关，实现洒水，灯光报警。通过温度传感器，实现对室内温度的实时监控。.

　　平台选型说明

　　平台选型说明:
　　本系统的设计采用了89C51单片机具有低功耗,高性能，还具备丰富的硬件资源，特别是其内部增加了的闪存可电改的存储器Flash Rom ，给单片机的开发及应用带来很大的方便。而且芯片价格非常便宜，近年来得到及其广泛的应用。
　　89C51单片机芯片是一个8位的MCU。片内256字节数据存储器RAM/SFR,，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果及欲显示的数据等。片内4KB程序存储器Flash ROM，用以存放程序，一些原始的数据和表格。4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口即可用作输入，也可作为输出。两个16位的定时器/计时器，每个定时器/计时器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成为定时方式，并可以根据计数或定时的结果来实现计算机控制。具有5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统。一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。
　　89C51是一种低功耗，低电压，高性能的单片机，它采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器(NURAM)技术，而且输入引脚和指令系统与MCS—51兼容，片内的Flash ROM可在系统内改编程程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用各种控制领域。

        设计说明

　　1.1系统总设计
　　随着科技的发展，人民的生活水平的提高，以及安全防范提升，人民对于自己的居住环境越来越关心了，不仅对家居的人性化和舒适化，而且对于智能化和安全化有了更高的要求。
　　本家居系统的设计基于89C51单片机的基础上，进行开发设计的。使产品最终能达到三大功能，及无线通信功能，远程控制功能，有害气体监控。作品如1—1所示:　　

　　1.2系统工作流程
　　系统采用单片机、外围警报电路和无线通信模块，远程控制继电器模块等四个部分构成。系统的工作流程图如1—2。　　

　　1.3.作品器件：
　　主控：由大赛指定P89C51RC2BN为核心的开发板。
　　通信模块：华为GTM900 GSM通信模块
　　温度传感器：18b20单线温度传感器
　　气体传感器：MQ2气体传感器
　　键盘：4*4矩阵键盘
　　显示：液晶12864

　　2 有害气体监控的设计
　　本次设计引入了先进的GSM通讯技术，利用GSM无线通信网络，智能监控控器和用户手机终端构建成一套功能完善的监控报警系统。
　　2.1硬件设计
　　系统由外围信号采集电路，单片机，外围警报电路和无线通信模块四部分构成，系统结构图如下图2—1所示　　

　　传感器和一些外围器件构成外围信号采集电路，负责燃气的监测。当实际燃气浓度超过设定值时，采集电路将高电平信号输入到单片机中，单片机接收信号开始工作，驱动发光二极管、蜂鸣器和外围器件构成的声光报警系统工作，并向用户手机发送报警信息。GSM网络为本系统的信息传输平台，负责将报警信息以短消息形式传递给用户。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，因此是良好的无线传输平台。

　　2.2单片机模块
　　本系统的设计采用了89C51单片机具有低功耗,高性能，还具备丰富的硬件资源，特别是其内部增加了的闪存可电改的存储器Flash Rom ，给单片机的开发及应用带来很大的方便。而且芯片价格非常便宜，近年来得到及其广泛的应用。
　　89C51单片机芯片是一个8位的-80C51微处理器(CPU)。片内256字节数据存储器RAM/SFR,，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果及欲显示的数据等。
　　片内4KB程序存储器Flash ROM，用以存放程序，一些原始的数据和表格。　　

　　2.3声光报警
　　在声光报警部分由发光二极管，蜂鸣器组成。当采集到实际燃气浓度大于系统设定值时，89C51发出高电平信号，信号通过蜂鸣器和发光二极管进行报警，并发送信息向用户报警。并控制继电器，实现对电阀的开关控制，从而打开抽水机、二极管。

　　2.4软件设计
　　外部电路中传感器采集实际燃气浓度，当采集浓度超过预设置时，单片机输出高电平信号， 发光二极管和蜂鸣器的工作，实现声光报警。另外单片机通过串口与无线通信模块GTM900C连接，启动无线通信模块开始工作，无线通信模块拨打预存电话号码，通过GSM网络以短信形式向目标手机报告警情。　　

　　通过程序判断，如果可燃气体泄漏，就单片机发送高电平，LCD屏幕显示发现有害气体，并启动声光报警，发送信息。89C51是通信控制的核心部分，他通过串口启动GTM900C模块，向用户发送信息。单片机发出高电平信号，由继电器发射一个高电平信号给电磁阀，电磁阀中的电磁线圈产生磁场把开关打开，从而实现对抽水机、二极管的控制。

　　2.5 温度监控。
　　2.5.1 硬件设计。
　　通过温度传感器，实时能够对室内的温度，进行实时的监控，并把检测的温度，显示在LCD的显示屏幕上。　　

　　2.5.2 程序设计
　　先对温度传感器(DS18B20)进行初始化，设置好读写字节的程序，并设置好读取温度程序。
　　读取温度程序：
　　unsigned int read_temperature(void)
　　{
　　unsigned char a=0,b=0;
　　unsigned int t=0;
　　float tt=0;
　　ds18b20_init();
　　d_write_byte(0xCC);//跳过ROM
　　d_write_byte(0x44);//开启温度转换
　　ds18b20_init();
　　d_write_byte(0xCC);
　　d_write_byte(0xBE);//读暂存器
　　a=d_read_byte();
　　b=d_read_byte();
　　t=b;
　　t<<=8;
　　t=t|a;
　　tt=t*0.0625;
　　t= tt*10+0.5;
　　return(t);
　　}

　　3.移动通信功能
　　3.1 移动通信概述
　　本次设计采用由华为生产的GTM900的GSM模块。

　　3.1.1 产品定位
　　华为GTM900-C无线模块是一款两频段GSM/GPRS无线模块。它支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速数据传输等各种应用的理方案。

　　3.1.2 产品特点：
　　GTM900支持900MHz/1800MHz双频自动选择 内置TCP/IP协议栈，无需后台计算机支持 支持标准的AT命令及增强AT命令交互数据模式 接口波特率9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200bps可选 采用华为技术有限公司高性能高稳定工业级GSM/GPRS无线模块GTM900 工业级设计抗EMC设计，适合长期连续工作，抗干扰能力强 先进电源技术，供电电源适应范围宽，室外工作稳定性好 自主开发设计，接受用户定制.。

　　3.2硬件设计　　

　　系统采用GTM900C作为手机进行通信的无线通信模块。GTM900C华为公司推出的GSM无线双频调解解调器，主要为语音传输、短信发送、数据业务提供无线接口。
　　GTM900C集成了完整的GSM电路和接口，上图为GTM900的逻辑框架图，主要组成部分有：基带信号处理器、GSM音频处理器和音频电路、GSM射频电路、存储器、SIM卡、电源和功率控制电路，通过系统连接器可连接外部电源、外接SIM卡、串行接口、音频接口。

　　3.3部分程序
　　void G_ATD(unsigned char *num) //拨打电话
　　{
　　Prints(atd);
　　Prints(num);
　　Printc(0x3b); //;
　　Printc(0x0d); //
　　Printc(0x0a); //N
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　}
　　void _ATH() //挂机
　　{
　　Prints(ath);
　　Printc(0x0d);
　　Printc(0x0a);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　}
　　void G_ATA() //接听电话
　　{
　　Prints(ata);
　　Printc(0x0d);
　　Printc(0x0a);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　}
　　void G_SendSMS() //发送短信
　　{
　　unsigned char i;
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　Prints(cmgs);
　　Printc(0x22);
　　for(i=0;i<11;i++)
　　{
　　k_delay(1000);
　　Printc(x24c02_read(i));
　　}
　　Printc(0x22);
　　Printc(0x0d);
    　Printc(0x0a);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　Prints("Warning");
　　Printc(0x1A);
　　Printc(0x0d);
　　Printc(0x0a);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);k_delay(50000);
　　}

　　4. 远程控制系统设计与分析
　　4.1概述
　　远程控制系统是基于单片机89C51和GTM900CGSM模块，实现远程对于继电器的控制。通过发送短信实现控制继电器，从而来实现对外部的电器的控制。

　　4.2 硬件设计
　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
　　电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
　　继电器简要电路如图所示:　　

　　4.3 远程控制继电器。
　　用户可以通过发送启动短信，GSM模块实现短信通信，在接受到短信后，单片机发送高电平，促使继电器开始运作，打开电磁阀的开关，从而使外部电器开始工作，当用户发送关闭短信，GSM模块实现短信通信，在接收到短信后，单片机发送低电平，使继电器停止工作，从而关闭外部电器。远程控制流程图如下图所示。　　

 　　作品特色

　　本作品基于单片机89C51和GTM900C模块，运用温度传感器，气体泄漏传感器，实现了三大功能，即移动通信功能，远程控制功能，安全报警功能。
　　随着经济的发展，科技技术的提高，越来越多家庭对家居的舒适性，安全性，提出了更多要求，这作品不但能够满足用户的这种需求，其价格并不高，更能为普通民众消费，具有广大的开发前景。这作品将多个功能集合在一起，更能满足消费者高品味的要求，不但可以显现无线的移动通信，免去电话线路，影响美观，和带来麻烦，享受着无线通信带来的方便和快乐，体现出了它的实用性。
　　而先进性，就是把燃气泄漏的检测，作为本作品的功能之一，能够及时的检测气体泄漏，并通过短信向用户发送安全警报。可以提高家居的安全性，更好的保护人民群众的生命财产的安全。还能够通过用户发送信息，来控制继电器，从而来控制外部的电器，实现远程控制，让忙碌的你，享受着科技发展，带来的舒适的享受，便利，快乐。
　　本次作品的创新性，就是在综合的运用单片机和GSM模块的基础上，实现其他功能的开发，将安全报警功能，远程控制功能与移动通信功能结合起来，达到更高的智能化，满足用户的更高的要求，提高了作品的技术含量。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2455