基于GSM智能家居监控系统.docx
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基于GSM智能家居监控系统
本科毕业论文
智能家居监控系统
二级学院
机械与电子工程学院
专业
电子信息工程
年级
2010级
学号
学生姓名
指导教师
职称
完成时间
独创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。
除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。
与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：
年 月 日
授权声明
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签名：
年 月 日
指导教师签名：
年 月 日
目录
摘要1
概述2
1系统总体结构设计2
1.1设计要求2
1.2本设计的主要功能2
1.3智能家居的总体构成3
1.4系统方案的选择及论证3
2系统硬件电路设计4
2.1STC89S52单片机简介4
2.2GSM简介5
2.3有毒气体传感器电路设计6
2.4人体热释红外传感器电路设计6
2.5烟雾传感器的电路设计7
2.6单片机主控模块的设计7
2.7显示模块的设计9
2.8继电器的选型与设计9
2.9报警电路的设计10
3系统软件的设计10
3.1主程序流程设计10
3.2关键子程序流程设计11
4系统调试14
4.1硬件调试14
4.2软件调试15
5结论15
参考文献17
附录18
Abstract:
19
致谢20
智能家居监控系统
作者
指导教师
摘要：
现在使用的家居家电大部分是近距离关闭方式，不具备远距离监控和控制家电开关的功能，如果想在出差或下班回家时就能够享受舒适的生活，传统的方式是难以实现的。
本文设计实现了一个多功能监控系统，该控制系统可根据自己的需要控制和监控家居家电、门窗的开和关，并且能实时了解家居环境变化。
该系统以STC89C52单片机为主控核心，硬件电路主要包括LCD12864点阵式液晶屏显示电路、GSM、有毒气体传感器MQ-7检测电路、烟雾传感器MQ-2检测电路、人体红外传感器检测电路、继电器电路等。
在软件设计上采用C语言程序编程，设计完成的系统具有防盗监控、燃气泄漏监控、家电状态监控和家电开关控制的功能。
系统具有操作简单、性能稳定、实时监控、远程控制等特点。
关键词：
智能家居监控;GSM;单片机；传感器
概述
家电是人们家居生活中不可缺少的一部分，它在提高人们生活水平、改善人们室内生活环境起到重要作用。
现在很多家电制造商在朝着更方便、更舒适和更人性化方向发展，这种发展趋势也正是人类社会发展到一定时期的必然结果。
但是现在使用的家电大多数是近距离控制的。
如果使家电具有一定的功能，让它能根据用户的意愿进行远程监控和控制，在下班回到家时就能享用上已经煮好的饭菜、回家就能洗热水澡、在出差时回到家就能享受舒适的环境，在不需要时可以关闭家电开关装置，有效节能，这就会给人们的居家生活带来更多的享受、更方便，从而进一步提高人们的生活质量。
同时也希望能够实时了解家居环境的状况和变化。
针对这样的构想，设计了以STC89C52单片机为核心的家居监控、控制系统。
该设计能通过烟雾检测和CO检测传感电路，不断循环检测室内有害气体、红外检测人体信号等，经处理后传入单片机，单片机对信号进行运算，超过预先设定的数值系统就会通过GSM发送详细报警短信息，用户可根据实际情况判断是否需要取消应急报警。
另外可根据自己的需要通过短信指令控制和查询家电开关。
1系统总体结构设计
1.1设计要求
（1）设计一个智能家居监控系统，系统能通过显示设备显示系统的信息。
（2）系统能对居室进行实时监控（如何对居室内的家电、有毒气体和门窗的开光等进行监控），同时，用户通过某种方式实时了解系统的监控信息；
（3）系统具有报警功能，当居室内有异常时，系统发出报警。
（4）其他的扩展功能。
1.2本设计的主要功能
本设计的主要内容以单片机STC89C52为基础，采用传感器技术和GSM模块来完成，以CO传感器和烟雾传感器实现对室内环境有毒气体及家电开关的监控，同时能够根据自己的需求进行远程查询和控制家电的状态。
（1）远程控制开关：
无论何地都可以根据自己的意愿控制家居家电、门窗开关的目的。
（2）实时监控：
能够通过远程设备了解家居家电和门窗的开关状态。
（3）防盗：
为防止盗贼入室盗窃，由继电器开、闭了解门窗是否开启，当门窗开启后，蜂鸣器立即发出报警声，并发送信息给预设手机号码，避免造成财产及安全损失。
（4）烟雾报警：
当检测到有毒气体一氧化碳泄漏和烟雾时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。
1.3智能家居的总体构成
本智能家居主要由自动系统组成，其中主要包括STC89C52单片机组成的中央控制器、数据检测传感电路、报警电路、显示电路以及继电器驱动电路组成。
显示模块用于显示家电状态、有毒气体和烟雾是否正常，当检测到有毒气体或烟雾时单片机通过GSM模块发送短信警报给预先设定手机号码，如果想要打开家电开关，则通过通信设备向GSM发送指令短信。
报警器用于检测盗情、烟雾和有毒气体，人体红外检测到窗和门传感器检测到人通过窗户和门时报警。
通过移动设备能及时准确的了解监控环境的详细信息，设计框图如图1所示。
图1系统的整体设计框图
1.4系统方案的选择及论证
要实现监控功能，则需要通过单片机硬件设计和软件设计完成功能控制，再通过显示设备LCD12864显示。
整个系统的主要电路模块有：
GSM模块、主控模块、显示模块、人体红外检测模块、烟雾检测模块、CO检测模块。
1.3.1单片机芯片的选择及论证
方案一：
采用STC89C51芯片作为硬件核心，内部具有4KB存储空间，对电路进行调试时，由于对错误程序的修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片造成一定的损坏所以不使用该方案。
方案二：
采用STC89S52芯片作为硬件核心，是一种具有8KB存储空间，能够存储更多程序，并且与工业标准的STC89C51指令集合输出管脚相兼容，所以本设计采用STC89C52为主控芯片
1.3.2显示模块的选择及论证
方案一：
采用LCD1602是一种字符型液晶，能够同时显示2行32个字符，本设计的显示信息主要以显示汉字为主，1602显示屏幕太小一次只能显示两行字符不能显示更多信息，所以不采用此显示设备。
方案二：
LCD12864是一种汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字和图形，一次能够显示比较多的汉字信息，因此采用此显示设备。
1.3.3监控设备的选择
本设计采用GSM作为远程监控设备，因为在对于它所在的覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，它可完成网络接口、公共信道信令系统等功能，并能实时了解，比较于串口通信有线监控而言更加方便、简单。
所以本设计采用GSM为远程监控设备。
1.3.4传感器的选择
本设计采用MQ-7传感器来模块对环境CO进行检测，此传感器具有很高的灵敏度和良好的选择性，并且灵敏度可调。
因此本设计采用此传感器。
2系统硬件电路设计
2.1STC89S52单片机简介
STC89C52RC单片机是一种具有抗干扰能力强、高速运算、低功耗等特点的单片机，与传统8051单片机兼容。
其接口简单，使用方便，且功能强大，单片机P1.2和P1.3分别两个继电器的输入端，P3.0和P3.1接GSM模块的数据输入和数据输出引脚。
因此本系统采用STC89C52RC单片机作为主控制芯片。
2.1.1STC89C52RC单片机主要特点
（1）与MCS-51单片机完全兼容；
（2）工作电压：
3.3V-5.5V；
（3）工作频率范围：
0-40MHz；
（4）工作温度范围：
0-75℃；
（5）用户应用程序空间8K；
（6）片上集成512字节RAM；
（7）ISP在线编程，无需专用编程器，可通过串口（P3.0和P3.1）直接下载用户程序
（8）低功耗空闲和掉电模式；
（9）通用异步串行口（UART），可用定时器软件实现多个UART[1]。
STC89C52的引脚结构如图2所示
图2STC89C52外部引脚图
2.2GSM简介
本系统设计使用的GSM模块TC35I。
TC35I是新一代无线通讯模块，可以快速安全地实现数据、语音的传输、短信息服务和传真等功能，可以工作在GSM900kHz和1800kHz两个频段，该模块向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。
TC35I模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六个部分组成[2]TC35I构成框图如图3所示。
图3TC35I构成框图
2.3有毒气体传感器电路设计
MQ-7是一种灵敏度高、寿命长、成本低的气体传感器，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，简单的电路驱动即可，是一款适合多种应用的低成本传感器。
电路图如图4所示。
图4MQ-7原理图
2.4人体热释红外传感器电路设计
人体的恒定体温约为37℃左右，会发出波长约10微米左右的红外线。
人体红外传感器是一种新型敏感元件，感应一个区域扇形。
当探测器检测到异常情况时，由2脚输出一个高电平，再连接一个六非门74LS04，输出低电平发送到单片机上，单片机做出报警处理。
引脚功能如图5所示。
图5热释红外传感器的引脚示意图
（1）数字1脚：
电源负极；
（2）数字2脚：
信号输出，高电平有效，4~6V和工作电压有关；
（3）数字3脚：
电源正极；
（4）W1：
灵敏度调整；
（5）W2：
输出延时调整0.5~120秒。
2.5烟雾传感器的电路设计
MQ-2烟雾传感器是一种可用于对家庭环境和工厂环境的烟雾检测装置，同时也可适用于液化气体、甲烷、丙烷等的检测，连接方便，可以直接连接继电器形成一个气体开关；也可以和有源的蜂鸣器直接连接形成一个简易的气体报警系统。
原理图如图6所示
图6MQ-2烟雾传感器原理图
2.6单片机主控模块的设计
本设计采用STC89C52为主控芯片。
单片机的主控系统如图7所示，此模块包括振荡电路，复位电路。
XTAL1和XTAL2分别接外部晶振的两端，XTAL1在片内它是振荡器倒相放大器的输入，XTAL2在片内它是振荡器倒相放大器的输出。
第9引脚接复位输入端，接上电容，电阻和开关后构成复位电路，20引脚为接地端，40引脚为接电源端。
第31引脚（EA）接高电平，以保证对单片机内部ROM的正常读写。
图7单片机主控系统
振荡电路即时钟电路，图中是内部时钟方式的时钟电路。
采用外接并联谐振回路，振荡晶体为11.0592MHZ，电容C6、C7的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度有一定的影响，本设计采用30pF的电容。
电路中两个电容的作用是帮助起振和对振荡器的频率进行微调。
当晶振频率为11.0592MHZ时，使系统复位的时间应大于t；
t=2*（1/11.0592M）*12=2.17us
2.7显示模块的设计
LCD12864连接的I/O口比较多，为使接线简单，本设计采用了四位数据总线通信。
寄存器选择位RS（4脚）、读写信号线R/w（5脚）、使能端E（6脚）分别接单片机的P2.0、p2.1、p2.2口。
背光电源正极（17脚）接电源VCC，背光电源负极（20脚）接地。
为了使显示器显示更清晰，在对比度调整端V0（3脚）加上一个10K可调电阻。
显示模块如图8所示。
图8LCD12864显示模块电路
2.8继电器的选型与设计
当输入量达到规定数值，使被控制的输出电路导通或断开的电器。
具有反应快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控和通信等装置中。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，经常应用于自动控制电路中，它是一种能够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，原理图如图9所示。
。
图9继电器原理图
2.9报警电路的设计
本系统的报警电路原理图如图10所示，用一个三极管8550驱动蜂鸣器，当单片机I/O口输出低电平时，蜂鸣器工作发出警报声。
当I/O口输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作。
图10报警电路原理图
3系统软件的设计
3.1主程序流程设计
主程序初始化后，检测一下情况，当检测到烟雾、有毒气体、外人进入时报警并发送详细信息到预先设定手机号码中。
主程序流程图如图11所示。
图11主程序流程图
3.2关键子程序流程设计
检测烟雾的子程序流程如图12所示，当检测到烟雾时报警，否则返回继续检测。
图12烟雾检测子程序流程图
盗情检测子程序流程图如图13所示，当检测到人体红外检测到时报警。
否则返回继续检测。
图13盗情检测子程序流程图
有毒气体检测的子程序流程图如图14所示，当有毒气体检测模块检测到有毒气体时发出报警指令，并通过GSM模块向预先设定手机号码发送详细报警信息。
图14有毒气体检测子流程序图
短信控制家电流程图如图15所示，当GSM接收到正确指令时执行相应动作。
否则返回等待指令。
图15短息控制家电流程图
4系统调试
4.1硬件调试
在焊接前检查电路板铜线是否存在断线的情况，在完成电路板焊接后，看一下电路板焊接是否正确，检查电路板中是否有短路、虚焊、漏焊的情况、检查分正负级原件的焊接是否正确。
经检查没有类似情况时，给硬件通电，看液晶显示器，是否能够正常显示。
显示器显示是否清楚，如果比较模糊，则可以通过调节可调电位器使液晶显示频达到比较合适的偏振角度和对比度。
4.1.1短信控制家用电器
本设计模拟实现通过手机给系统发送手机短信（内容为编程中设定动作指令），单片机模块和GSM模块通讯，单片机通过控制继电器来模拟控制门窗和家用电器。
例如：
我们发送短信指令为“K”时，单片机判断正确后，通过控制继电器的动作接通220V强电，使开关打开。
当发送短信指令“C”时控制继电器动作接通220V强电，使开关关闭。
这里我们只是做了一个通过手机发送指令控制电灯来模拟控制家电的简易系统。
通过同样的方法，我们可以通过手机控制任何一个220V家用电器，制作出一整套智能家居系统。
4.1.2传感模块
向CO传感器附近释放CO（这里我们用打火机内气体代替），查看硬件设备是否能够检测到，并发出声光报警，同时给预先设定手机号是否能够接收到关于CO异常的报警短信。
通过手机回复C信息后，硬件是否取消应急报警。
向烟雾检测传感器附近释放烟雾，查看硬件设备是否能够检测到烟雾并发出报警，同时向预先设定手机号发送关于烟雾报警的短信。
回复C信息后，硬件是否取消应急报警。
模拟人通过红外检测，查看硬件是否能够识别并发出报警，同时可通过继电器控制防盗网的开关。
4.2软件调试
软件的调试主要是对GSM、液晶、有毒气体、烟雾等模块的调试。
编程语言的软件设计采用C语言编写，所使用的软件是KieluVision4。
写程序时一边写一边仿真，这样如果最后程序有错的时候比较容易找发现。
写程序时在同一个工程内按模块分开写，然后在主函数里调用，这样比较有条理。
调试时分别对各子程序进行调试，这样在出现错误时就能够比较容易发现和解决。
优化程序，修改错误的地方，直到程序执行结果符合设计要求。
调试结果如表1所示。
表1
发送短息内容
？
K
O
#
C
其他
执行指令
查询门窗状态
打开家电、门窗
打开应急开关
查询家电状态
关闭家电、取消应急警报
不执行任何操作
5结论
本设计完整的实现了对家居环境和家电、门窗状态的监控、做到实时了解家电状态和远程控制家电开关，检测到烟雾时报警，检测到有毒气体报警、并向预先设定的手机号码发送报警短信。
检测到盗情时报警。
在毕业设计之初，拿到了毕业设计的题目《智能家居监控系统》后，从中知道了这次设计的目的、要求以及要完成的工作。
开题之后就进入了资料搜索及整理，通过在网上及图书馆查找资料，了解了家居监控状况以及现状，从中学到许多对设计有用的东西，并最终确定了设计方案。
本设计方案主要是利用单片机和GSM模块来实现的，由于在课堂上学习的有限，所以翻阅了大量与本设计相关书籍和在网上看了一些编程的视频。
以前的学习是围绕MCS-51系列的单片机，故在系统设计中选择了STC89C52为CPU，然后去图书馆和网站上查到了很多有关单片机和传感器方面的知识，收集到的这些知识对毕业设计有很大的帮助。
设计是在发现新的问题和解决问题中完成的，通过每一次的改进和完善，使得设计作品更加全面和稳定，每一个器件的运用和选择都有很多的问题要考虑，在设计中不断改进和完善设计方案，最后比较全面的完成毕业设计任务中的要求。
参考文献
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清华大学出版社，2005.
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[7]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009
附录
附1：
主要元件明细表
1.STC89C52 2.液晶显示12864
3.MQ-2 4.MQ-7
5.GSM 6.继电器
7.红外传感器
附2：
电路总原理图
附3：
硬件实物图
SmartHomeMonitoringSystem
Abstract:
Nowusemostofthehouseholdappliancesareclosetoshutdown,donothavethefunctionoftheremotemonitoringandcontrolelectricalappliancesswitch,ifyouwanttobeonbusinesstriporwillbeabletoenjoyacomfortablelifewhenIcomehomefromwork,thetraditionalwayisdifficulttoachieve.Inthispaper,amultifunctionalmonitoringsystemisdeveloped,thecontrolsystemcanbeaccordingtotheirneedtocontrolandmonitorhouseholdelectricalappliances,doorsandWindowsopenorclose,andachievesreal-timeunderstandingofthechangesinhouseholdenvironment.
ThesystemwithSTC89C52single-chipmicrocomputerasthemastercontrolcore,thehardwarecircuitmainlyincludesLCD12864dot-matrixLCDdisplaycircuit,GSM,toxicgassensorMQ-7detectioncircuit,MQ-2smokesensordetectioncircuit,thehumanbodyinfraredsensordetectioncircuit,relaycircuit,etc.InthesoftwaredesignusingClanguageprogramming,designthereal-timedetectionofanti-theft,preventgasleakage,homeappliancestatusofmonitoringandcontrolelectricalappliancesswitch,etc.Itissimpleinoperation,stableperformance,real-timemonitoring,etc.
Keywords:
SmartHomeMonitoring;GSM;Singlechipmicrocomputer;sensor.
致谢
在此要特别感谢黄杰老师对我的悉心指导，在设计过程中，老师给我提出了很多有价值的意见和建议，使我能够更好的完成作品。
感谢机电学院创新基地提供给我们做硬件的平台，感谢同学们在我做毕业设计中提供的各种帮助。
本设计制作过程遇到了许多的问题，其硬件电路相对不算太难，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是很灵活的东西，它反映了解决问题的逻辑思维和创新能力，所以通过本次论文的设计，通过整个毕业论文的制作，使所学知识得到了全面运用，很好地提升了自己的动手能力和独立思考的能力。
本次论文的制作使我懂得了：
只要肯付出，发现很多东西通过多看、多思考也能明白，不要被所谓的困难吓倒，因此我会更有信心面对以后在工作和学习中遇到的困难。
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