基于GSM短信的智能家居控制系統(tǒng)研究

1 引言

　　目前人們的家居生活中應用了大量的日用電器，但是這些日用電器都要人們去直接操控，雖然可以用一些定時操控，但是功能有限，靈活性很差。而作為移動終端的手機在不斷的普及，開發(fā)它的擴展應用將是有廣大的配備基礎和廣闊的市場前景的，可以利用手機終端依托公眾信息網(wǎng)，控制家電，并查詢家中狀況。本文討論的是將信息處理的技術與對設備的操控結合來實現(xiàn)數(shù)字家居的一種嘗試，使人們能享受到信息革命給生活帶來的便利。本文創(chuàng)新點在于用ZigBee技術進行家庭組網(wǎng)結合DSP技術與短信方式來完成遠程設備與用戶之間的通信。這樣網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，實現(xiàn)控制與監(jiān)測時具有不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，而且不必重新布電網(wǎng)，可以節(jié)約財力、物力和人力穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　智能家居系統(tǒng)具有對家庭中的各種設備遠程控制、遠程查詢、集中管理功能，為用戶提供更為舒適，方便的生活方式。本設計主要針對的是家電控制。ZigBee通信子節(jié)點需具備脈沖量數(shù)據(jù)采集、開關量數(shù)據(jù)采集、模擬量數(shù)據(jù)采集、繼電器觸點輸出等功能，而主節(jié)點實際上是一個功能齊全的FFD設備，對家庭子網(wǎng)節(jié)點的管理，并與家居服務器通信，實現(xiàn)服務器和子節(jié)點的信息交互本設計中家庭內部節(jié)點主要由射頻芯片CC2430和TMS320VC5402芯片組成，CC2430是符合IEEE802.15.4標準（MAC、和PHY層）的ZigBee無線網(wǎng)絡模塊。TMS320VC5402芯片用來控制CC2430ZigBee模塊的運行，并且與GSM模塊通過MAX3111進行連接，用來進行數(shù)據(jù)的通訊。我們將ZigBee的協(xié)調器節(jié)點和GSM模塊集成在一塊板子。節(jié)點在空閑時間處于睡眠狀態(tài)，當用戶有控制信號或者數(shù)據(jù)采集要求時采用中斷將節(jié)點喚醒，完成數(shù)據(jù)采集或控制任務，并上報相關信息。

　　系統(tǒng)構成圖如下所示：

　　主控中心模塊它承擔著短信的接收，命令的判斷，執(zhí)行命令的發(fā)出或直接驅動，并將機器的工作狀態(tài)用短信發(fā)給移動終端。

　　這種工作可以選用低價普通的C51單片機。但考慮要在以后擴展基于圖像的彩信反饋的應用，所以在本設計中控制器的處理機選用了TMS320VC5402芯片。DSP主控模塊采用了TMS320VC5402EVM評估板及仿真器。TMS320VC5402EVM提供了2個BCMSP的直聯(lián)接線口J6,J7和PHI的驅動口J2及J5與仿真器的接口連接。該板有512KRAM數(shù)據(jù)存儲，64KRAM作為程序儲存。4KFLASH存儲器，可用于存儲需保留的數(shù)據(jù)。

　　TMS320VC5402要與GSM模塊相連就要擴展RS232接口，TMS320VC5402只提供了2個多通道帶緩沖同步串行口MCBSP0,MCBSP1。如果實現(xiàn)對接，就要對MCBSP串口進行轉換。我們這里使用的是MAX3111芯片。MAX3111芯片具有尺寸小，價格低，功耗少，通信速率高等特點。用MAX3111芯片實現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)接口到異步串行口（RS-232）的轉換?？膳cH6221的RS232口相連。MAX3111包括UART和RS-232兩個部分，其中UART部分包括兼容SPI的串行口，可編程波特率發(fā)生器，發(fā)送緩沖器及發(fā)送移位寄存器，接收緩沖器，接收移位寄存器，8字節(jié)接收FIFO,以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產生器。而RS232部分包括自帶電容的電泵。

　　由于MAX3111是3.3V器件，TMS320VC5402的MCBSP串行接口工作SPI模式時可直接與MAX3111連接實現(xiàn)與RS232設備異步數(shù)據(jù)傳輸。此時TMS320VC5402作為SQI協(xié)議中的主設備，發(fā)送時解信號（BCLKX）作為MAX3111的串行時解輸入，發(fā)送幀同步信號（BFSX）作為MAX3111的原選信號（TCS）。BDX與DIN連接作為發(fā)送數(shù)據(jù)線。BDR與DOUT作為接收數(shù)據(jù)線。

　　MAX3111的功能可通過BDX線向其發(fā)送16位的控制字配置命令來定制。MAX3111的TX與T1IN連接，RX與R1OUT連接以便利用其片內的轉換器實現(xiàn)UART到RS232電平轉換。

　　MAX3111串斷信號（IRQ）與DSP的外部中斷LNTO相連。這樣無需任何其它外圍器件。由于異步收發(fā)由MAX3111硬件實現(xiàn)，所以TMS320VC5402的軟件編程只需考慮與MAX3111之間的同步數(shù)據(jù)通信。

　　TMS320VC5402與CC2430的聯(lián)接是系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié)。由于CC2430是C51為核心的，所以TMS320VC5402與CC2403連接類似與C51單片機的連接，只是CC2430的電平為2—3.9伏。

　　而TMS320VC5402接口電平為3.3伏，正好能直接匹配，減少了電平轉換的麻煩。

　　執(zhí)行終端在接收到對本機的呼叫并確認中心所下達的執(zhí)行命令時就驅動相應端口的輸出腳，如上圖中的P0.0驅動三極管Q,帶動繼電器J0,三個常開接點閉合，J0.1課帶動負載，而J0.2由P1.0檢測，J0的狀態(tài)，可供查詢。