基于智能家居控制系统毕业论文
目录
第 1 章概述 (1)
引言 (1)
1.1智能家居概述 (2)
1.2 智能家居网络构成 (3)
1.3智能家居网络的信号传输介质 (3)
1.4远程技术概括 (4)
1.5智能家居控制系统的国内外发展现状 (5)
第2章硬件简介 (7)
2.1 GSM核心元件简介 (8)
2.2 盛群单片机硬件简介 (10)
第3章硬件介绍 (14)
3.1 GSM模块设计 (14)
3.1.1 MC39I功能简介 (15)
3.1.2 GSM MC39i硬件设计 (16)
3.2 SIM卡简介 (17)
3.2.1 内部特性 (17)
3.2.2 SIM卡软件特性 (17)
3.3 LED模块 (18)
3.4 交流继电器电路 (19)
3.5 外接晶体整荡电路 (20)
3.5.1 震荡功能简介 (20)
3.5.2 振荡电路线路的连接 (20)
3.6 连接单片机的复位电路 (21)
3.7 HT46UR232单片机的链接 (22)
3.7.1 单片机的工作特性 (23)
3.7.2 单片机的引脚介绍 (24)
第4 章硬件简介 (26)
4.1 主控电路软件设计 (26)
4.2 单片机与GSM通信模块的软件设计 (27)
4.3 串口通讯模块 (28)
第5 章结论 (30)
设计总结 (31)
致谢 (32)
参考文献 (33)
附录 (34)
第1章绪论
引言
我针对开发的智能家居控制系统是以建筑住宅为目标而设计的专业平台，将GSM 通讯系统、家电信息、家居电器设备自动化、以及服务管理多效合一的高效、安全、方便、节能为一体的智能家居控制系统，他以先进的通讯控制技术，组织成为以家居服务为前提，然后以家电自动化系统为服务功能的管理集成系统，充分体现方便的网络信息便利优势，以利于完成居住者舒适、方便的高效安全住宅。
家具网络控
制平台
智能家居控
制子系统
热水器洗衣机空调电饭锅
智能家居系统简易操作流程
1.1 智能家居概述
进入21世纪，科学技术与生产力加速了其发展创造能力，而随之而来的也是人类对于物质水平的大力需求，而居住环境和环境要求也成为了人们关注的领域，所以“智能化”这一概念也促使科学工作者们将其引入智能家居民用方面的小区住宅以及其小区建筑技术之中，因于计算机控制系统发展迅速，以及电子信息行业的发展成长快速发展，也大大促进了智能家居控制系统的产生。但是固定电话或者互联网技术基本上是传统智能家居控制系统的技术核心，所以安装固定电话或者互联网成为了达到家庭用户传统智能家居控制系统的产生的根本硬件技术、以及硬件要求，但是随之电子技术、智能通信技术以及网络技术发展日新月异的今天，还有手机在世界乃至中国普及化得那天，基于GSM网络通讯体统的低成本无限智能家居控制系统成为广大世界居民以及中国居民享受新一代智能家居控制系统的变革捷径。
智能家居控制系统为一种新兴的综合技术学科。智能家居控制系统也可被定义为一个控制过程，或者控制系统，利用现在被大多数科技人员已掌握的计算机技术，网络通信系统、网络布线技术将其糅合，使之成为融合在家居控制中的多个子系统，并使其智能的结合在一起。
目前基于时分多址技术当中通讯移动体制中相比较其他手段而言，更加成熟、完美、应用广泛的一种普及率很高的系统是GSM(Global System for Mobile communication)系统。在我国，已建成的基本覆盖全国的GSM数字蜂窝移动技术信息网，早已成为我国公众移动生活密不可分的一种技术之一，在GSM短信服务的基础上，智能家居控制系统是在移动网络通讯技术的短信应用功能的技术运用，同时也是一种信息在移动网络转寄以及移动的过程。
由于GSM网络通讯系统在全国范围实现了联网以及漫游能力，所以它的网络功能很强大，用户无需另外搭建网络，因此，在GSM网络覆盖率达到全国范围的情况下，为客户省下了昂贵的网络搭建费用以及维护网络费用。同时，它对用户数量的限制也十分少，也为客户克服了一般智能家居控制系统，系统成本高，维护艰难，并且网络覆盖范围小以及用户组数量少的缺点。和传统网络智能家居控制系统在网络通信覆盖率上具有较大的优势，加之GSM本身就具有数据的输送功能，这也促成了GSM应用在广大生活中得到迅速普及。基于GSM的无线通讯智能系统还具有双线传送数据的功能，性能稳定，为客户在远程操控以及用户控制设备提供了强大技术平台[1]。
远程操控系统应用广泛，遍及中国经济生活发展的各大领域，而且目前人们正在使用中的操控系统从成本、性能、稳定性、便捷性以及维护的难易方面基本都不能使人们最大程度的满意。所以，GSM网络通信技术的提出大大的提升了智能家居控制系统的完善程度。
1.2 智能家居网络构成
(1)家居网络控制平台
智能家居主控制平台是智能家居控制系统的“心脏”部分，等效的可以说是智能家居的核心。对方可以通过手机短信的方式接受用户命令并实时操作，或者对对用户手机发送控制电器运转情况，对家庭总线和各个网络子系统实施连接，完成智能家居控制系统平台的链接构成。
（2）智能家居控制子系统
智能家居控制系统的连接一般均为家电网络中的耗电类型的家电电器。例如冰箱、空调、微波炉、热水器、电饭煲、电灯等家用电器。这些消耗电类型的家庭电器可以在现场立即布线互联构成智能家居控制系统，与主控家居智能平台相连接，再进行现场网络综合布线连接智能家居控制子系统，就可以由用户利用协议中的操作指令短信操作家庭中电器设备了。
1.3智能家居网络的信号传输介质
智能家居网络通讯形式多彩多样，可以采用不同的传输介质传输网络通讯信号，大体上有以下几种：
(1)电力线
基于电力线为传输介质的通信网络现在来说，可说是最方便的，因为现在家庭基本都已铺设供电源的电源线而且家中的电源线已经延伸到家庭生活的每个角落。而且，现在大部分家用电器设备都离不开电源的存在才能运行操作，所以，利用家中的电力线完成智能家居控制系统网络方案方便而且经济便宜。在国际上，首个实现家庭电器智能化的方案便是通过电力线作为信息传输载体的而达成的。
(2)电话线
利用电话线作为网络信息传输载体起步虽然相较于电力线稍微晚一些，但是因为它具有布局简单、使用方便、安全性能好和易于大规模推广等优点，而且近期电话线的传输速率也完成了大幅度提升，所以它的应用和发展非常快，在美国已有成熟的产品。其中包括：3COM、Advanced Micro—Devices、AT&T、Compaq、Hewlett．Packard、Intel、IBM和Lucent Technologies等，发起成立了“电话线家居网络协会”，至今己有100多个成员。
(3)双绞线／同轴电缆
目前最通用的传输介质是用双绞线／同轴电缆作为家居网络信号的，可是在基于双绞线／同轴电缆实际操作中最大的困难是需要另外铺设2／4根专用的传输线，可是在于它拥有通信可靠性和总线接口相对简单等优点，其仍然可以受到广泛用户的大批量应用。
(4)无线方式
无线方式通过红外线以及射频载波等形式传输用户信息，尤其是最近用户发展火热的
“蓝牙技术”，给无线方式带来极大的使用活力。最近，控制信号、音频和视频信号、计算机网络信号均可以利用蓝牙技术传输家庭用户信号。而应用无线方式拥有传输信息时无需架设任何线路且实现极其方便灵活，非常适合在家庭网络中应用。
由于无线方式简单方便，易于架设，所以本论文便是使用的GSM无线技术平台操作的智能家居平台系统[2]。
1.4远程控制技术概括
本课题研究立于一个对于家居电器进行远程控制，以便于实现家居智能化的系统。远程控制指的是远端的家居控制者通过通信系统对现场的家居电器系统进行控制，其目的在于解除地域和环境对控制的限制，实现高集中的远程控制，最终实现生产资料和社会资源与通讯资源的优化配置。现代远程控制技术是计算机技术、通信技术、网络技术的集合，也是信息技术和控制技术的结合。
然而无论哪一种传输技术，对于用户来讲，最基本的要求便是要方便、快捷、安全、可靠。有线传输方式，可以通过架设专线、利用公共数据网等实现，但是在很多场合下，有线方式受到了架线环境、传输距离等条件限制。无线方式实现方式也很多，可以通过自建无线发射接收系统，如(超)短波电台、架设微波线路等，但是这种方式容易受到地形地貌的影响以及频率资源的限制，架设成本高、系统的架设和维护工作繁重，在业务量小、用户数量大、位置分散等应用场合中也受到很大限制。移动通信经过三代发展，GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟，最完善，应用最广的一种移动通信系统。GMS全球移动通讯短信息传送技术，在远距离监控、数据采集、GPS定位、无线报警、缴费通知等领域，都有着广泛的应用。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。同时，它对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。
短消息传送业务一般采用其专用控制信道(DCCH)，网络管理端可以通过此实时的了解到对方是否接收到短信息，一旦信息传送失败，网络管理端实时得知被叫用户没有回复信息，网络管理端则会继续发送消息，以发证被叫方能收到短信息。所以，在GSM网络的一些主要的电信业务当中，此类短消息业务的信息传递是实时安全的。每个短消息的信息量都是140个八位组(7比特编码，160个字符)不会超过140个字节，绝对可以满足单方面监测用户指标的信息量。综上所述，智能家居控制系统选用GSM的短消息控制方式，来实现智能家居设备的远程控制是可行的[3]。
1.5智能家居控制系统的国内外发展现状
目前，我国每年竣工的建筑面积为20亿平米,智能家居/建筑的产值至少在1-2万亿元以上。
智能家居的发展分为三个阶段：
首先是家庭电子化（Home Electronics）阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化（Home Automation）阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能[4]。
最后是家居智能化（欧洲称为Smart Home，美国称为 Wise House）阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围[5]。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；集中或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；调节音响，电视等娱乐设施，愉悦心情；合理利用太阳能活周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、信息服务。
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多[6]。
在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如:微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试[7]。
全球的消费电子市场,将从2002年6570亿美元上升到2006年8570亿元,年增长率是7%,而数字电视,多媒体和计算机等产品的年增长率高达197%.智能家居控制系统当前主
要是高端市场,在今后的几年里将逐步进入中低端市场.从东部市场走向西部市场.智能化将逐步成为电子信息领域的支柱产业。国外智能家居的发展情况自从世界上第1幢智能建筑1984年在美国出现后,美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛的应用。新加坡模式的家庭智能化系统包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等[8]。
经过哥本哈根会议，我国更加明确了节能减排，绿色建筑的目标，这就使住宅智能化凸显出了其合理规划，最大限度的节约能源的优势。如果我国大力推广绿色建筑，仅在铺设智能化系统上所需的新设备的生产上就有2000亿到3000亿人民币的新市场。而中国“智能家居网络”必在“智能化住宅”的框架下形成一个新型IT产业，而这一切必将对未来几十年我国房地产的健康有效发展起着深远的影响。
由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组的网络和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，部分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。再者，缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，不利于产品的扩充，因而进一步局限了产品的发展。再加上，有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。因此设计一个符合国家国情和规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统是非常具有现实意义的，且势在必行。
作为智能家居的核心系统的智能家居的控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适
温馨的家庭生活[9]。
第2章硬件简介
2.1 GSM核心元件简介
（1）GSM核心模块
MC39i是西门子公司最近推出的新一代双频GSM/GPRS通讯模块的无铅产品，它简洁的封装是很多应用系统中无线高速数据传输的理想解决方案，可以进行数据、语音、SMS和FAX各个方面的应用，且功耗低。它为用户提供了永远在线、高速度、更简单的移动数据通信接入手段。MC39i具有丰富的AT指令，功能强大，操作灵活方便，是继GPRS手机外有一种非常重要的GPRS移动通信系统的终端设备。它的出现给GPRS 的发展注入了新的活力。
MC39i具有体积小、重量轻、功耗低等特点。MC35i的工作电压为 3.3～4.8伏，典型电压为4.2伏。最大工作电流为2安。模块可以工作在EGSM900和GSM1800两个频段。工作于EGSM900时功耗为2瓦，工作于GSM1800时功耗为1W。利用AT指令进行控制，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真。模块常用的工作模式有省电模式、IDLE、TALK、数据等模式。通过独特的40脚的连接器(ZIF)实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输[10]。
MC39I主要特点执行
电源单电源电压为3.3V~4.8V
节电休眠模式下电流功耗：3mA
GSM类型小型MS
频带双频EGSM 900和GSM 1800
兼容GSM状态2/2+
传输功率4级（2W）EGSM 900 1级
（1W）GSM 1800
GPRS连接GPRS多时隙Class 10
GPRS移动基站Class B
数据GPRS GPRS数据传输下载：最大85.6 kbps
GPRS数据上传速度：最大42.8 kbps
编码方案：CS-1，CS-2，CS-3和CS-4
MC39i支持两种协议PAP(口令认证协议)和
CHAP（挑战握手认证协议）并常用于PPP
连接。
分组交换广播控制信道（PBCCH）的支持下，
可使你通过网络运营商提供的增强型GPRS
性能中获益。
CSD CSD传输率：2.4,4.8,9.6,14.4 kbps，非透明，
V.110非结构化补充服务数据（USSD）的支
持。
短信MT，MO，CB，文本和PDU模式
短信存储SIM卡短信加25个地点
短信传输模式可选CSD或GPRS。首选模式
可由用户自定义。
传真组3：1级，2级
SIM接口支持SIM卡：3V
外部SIM卡读取器必须通过接口连接器相连
（请注意，读卡器不是MC39i的一部分）天线接口50Ω天线连接器
音频接口2个模拟音频接口（平衡式麦克风输入和平衡
输入）
语音编解码器三种速率编解码器：
半速率（ETS 06.20）
全速率（ETS 06.10）
增强全速率（ETS 06.50/06.60/06.80）
增强免提操作的回声消除和噪声减少串口接口 2.65V电压双向总线命令/数据使用AT命令
支持RTS/CTS硬件握手和软件XON/XOFF
流控制。
根据GSM 07.10多路复用协议的多重能力，
波特率从300bps至230.400bps
自动波特率调整支持速率：
1.200,
2.400,4.800,9.600,19.200，
38.400,57.600,115.200和230.400bps
电话薄管理支持电话簿类型：SM,FD,LD,MC,RC,ON,ME SIM应用工具包支持SAT class3,GSM 11.14 98版，support of
letter class'c
铃声提供了7种不同的铃声/旋律选择，易于通过
AT指令选择。
实时时钟可以实现
定时器通过AT命令功能可编程
环境温度：
正常操作：-20℃至+55℃
限制操作：-25℃至-20℃和55℃至+70℃
自动关机：-25℃~+70℃
当一个紧急电话或一个预定的电话号码呼叫
时自动温度关闭进度延迟。
湿度：
最高90%的相对湿度物理特性尺寸：54.5±0.2×36.0±0.2×3.55±0.3毫米;
重量：9g
表2-1 MC39i功能特性