物聯(lián)網(wǎng)的家庭傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

1、物聯(lián)網(wǎng)的家庭傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題目 物聯(lián)網(wǎng)的家庭傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師 年 月 日物聯(lián)網(wǎng)的家庭傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)摘要本系統(tǒng)在正常工作時用戶通過 發(fā)送指令指令被GSM模塊接受并將指令傳送給單片機(jī)單片機(jī)處理信號發(fā)出控制指令通過繼電器等控制電路的通斷電動機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等到達(dá)控制家用電器設(shè)備的效果本系統(tǒng)是基于全球移動通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用GSM模塊進(jìn)行短信收發(fā)以 STC89C52RC單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心進(jìn)行信息的反應(yīng)和遠(yuǎn)程控制從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報警遠(yuǎn)程控制等功能關(guān)鍵詞GSM模塊 單片機(jī)The networking desi

2、gn of home sensor based on the Internet of thingsAbstracts When this system works in good condition the users could send messages through cell phone or telephone the GSM module accept the instructions and send it to the microcontroller The SCM processes signals send the orders out and control the on

3、-off switch or the forwardreversal of the electromotor to control household appliancesThis system is designed on the basis of the global mobile communication system The system which with the core of STC89C52RC SMSsends and receives messages by using GSM module It can realize the functions of remote

4、alarm remote control through giving information feedback and controlling appliances remotelyKey words GSM module singlechip目 錄1前言V2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與主要功能VI21系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案VI22系統(tǒng)主要功能VII31傳感器單元硬件設(shè)計(jì)方案VIII32控制系統(tǒng)單元硬件設(shè)計(jì)方案IX33 GSM 模塊方案IX34電源模塊方案X4硬件電路設(shè)計(jì)XI41 GSM與單片機(jī)硬件連接XI42執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路XI5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)XIII51系統(tǒng)流程圖XIII52 AT 指令XIVXV61GS

5、M模塊收發(fā)程序XV62煙霧傳感器模塊核心代碼XXII63 DS18B20核心代碼XXIII64 ADC0809功能核心代碼XXVII結(jié)論XXX參考文獻(xiàn)XXXI謝 辭XXXII1前言 隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長快節(jié)奏的生活狀態(tài)得人們越來越注重生活的質(zhì)量和品位人們對舒適方便高效的生活環(huán)境的渴望愈來愈強(qiáng)烈如何建立一個高效率低本錢的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一個熱點(diǎn)問題目前國內(nèi)外各種類型的智能家居產(chǎn)品越來越多但其中大局部是基于 網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)并且只是應(yīng)用于高檔住宅一般的普通民眾都無法接受其高昂的價格并且目前國內(nèi)固定 的用戶正在急劇減少 用戶的數(shù)量在飛速增長所以一種價格低廉且功能齊全的基于GSM模塊的的家

6、居智能控制系統(tǒng)就將應(yīng)運(yùn)而生 本系統(tǒng)介紹的家居智能控制系統(tǒng)采用GSM模塊進(jìn)行短信收發(fā)以 STC89C2RC芯片為控制核心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制信號采集遠(yuǎn)程報警等功能2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與主要功能21系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示當(dāng)用戶家里有盜賊出入或者門窗沒有關(guān)好發(fā)生火災(zāi)或者煤氣泄漏溫度低于或者高于預(yù)設(shè)溫度時相應(yīng)的傳感器發(fā)出信號此時數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量然后送給單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和分析后通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳送給GSM模塊將家里即時信息發(fā)送到用戶 上同時單片機(jī)控制系統(tǒng)將控制啟動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如翻開啟動報警器翻開照明燈翻開電磁閥翻開空調(diào)等等

7、當(dāng)GSM模塊接受到用戶短信指令后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過串口送給單片機(jī)系統(tǒng)分析指令的意思然后開啟相應(yīng)的家電設(shè)備比方提前翻開燈電視熱水器或者空調(diào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能智能家居系統(tǒng)各單元的組成與功能簡介傳感器單元傳感器單元主要包括有紅外傳感器煙霧傳感器溫度傳感器等主要是對家中各指標(biāo)進(jìn)行檢測例如煙霧濃度溫度上下等并將這些離散量裝換成數(shù)字量送給控制系統(tǒng)單元控制系統(tǒng)單元控制系統(tǒng)單元主要有STC89C52芯片和外部必要的復(fù)位電源電路等構(gòu)成主要是對傳感器單元和GSM模塊傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算從而發(fā)出正確的指令GSM模塊單元GSM全稱為全球移動通訊系統(tǒng)是用戶與系統(tǒng)通訊連接的最重要的單元電源模塊采用UPS供電保證系

8、統(tǒng)能在斷電的情況下能正常運(yùn)行22系統(tǒng)主要功能1 遠(yuǎn)程控制功能接收用戶發(fā)送來的控制命令并由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)不同家電工作及停止功能會自動發(fā)送報警短信給預(yù)先設(shè)定 號碼的用戶在斷電時可繼續(xù)工作可以克服了停電時不能報警等缺點(diǎn) 硬件的技術(shù)方案包括傳感器單元硬件設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)單元硬件設(shè)計(jì)方案GSM模塊單元硬件選擇方案電源模塊硬件選擇方案31傳感器單元硬件設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)傳感器單元包括紅外傳感器煙霧傳感器溫度傳感器和AD轉(zhuǎn)換模塊紅外傳感器采用主動紅外探測器主動紅外探測器由紅外發(fā)射機(jī)紅外接收機(jī)和報警控制器組成紅外發(fā)送端和接收端之間有一道紅外光束當(dāng)人體穿越此光束時必將局部或全部遮擋紅外光束接收端輸出電信號的強(qiáng)度會發(fā)生

9、變化從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號同時發(fā)報警短信信息給用戶煙霧傳感器采用MQ-2它是一種電阻控制型的氣敏器件其阻值隨被測氣體的濃度成分而變化氣敏器件又是一種氣電傳感器件它將被測氣體的濃度成分信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號其響應(yīng)時間5s恢復(fù)時間30s探測液化氣的濃度在300ppm-5000ppm足以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求4 AD轉(zhuǎn)換模塊主要采用ADC0809芯片其主要是將各傳感器采集回來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字量送給STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和分析0809具有8路模擬輸入端口地址線23-25腳可決定對哪一路模擬輸入作AD轉(zhuǎn)換22腳為地址鎖存控制當(dāng)輸入為高電平時對地址信號進(jìn)行鎖存6腳為AD轉(zhuǎn)換啟動控制當(dāng)輸入

10、電平由低到高再到低后A就開始AD轉(zhuǎn)換7腳為AD轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時7腳輸出高電平9腳為AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制當(dāng)OE腳為高電平時AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出32控制系統(tǒng)單元硬件設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)單元主要由STC89C52RC芯片及其復(fù)位和電源電路組成8位STC89C52RC單片機(jī)是STC公式開發(fā)的一款增強(qiáng)型的51單片機(jī)芯片具有低功耗運(yùn)行穩(wěn)定存儲空間大等特點(diǎn)用戶應(yīng)用程序空間為8KB片上集成512字節(jié)RAM具有ISPIAP功能無需專用編程其可直接通過串口下載用戶程序數(shù)秒即可完成節(jié)約購置專用編程器的資金具有3個16位定時計(jì)數(shù)器最主要的是該芯片與51芯片兼容給使用者帶來極大的便利33 GSM 模塊方案

11、 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的GSM 模塊是Siemens公司的TC35ITC35I圖3 TC35I的組成框圖34電源模塊方案本系統(tǒng)采用UPS進(jìn)行供電以保證在掉電情況下防盜報警功能依然能正常運(yùn)行不間斷電源UPS是當(dāng)交流輸入電源俗稱市電發(fā)生異常或斷電時還能繼續(xù)向負(fù)載供電并能保證供電質(zhì)量是負(fù)載供電不受影響的裝置其根本結(jié)構(gòu)原理圖如圖4所示圖4 UPS根本結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)市電正常時通過整流器將交流電整流成直流點(diǎn)給蓄電池充電同時通過逆變器又變換成交流電供應(yīng)負(fù)載當(dāng)市電斷電后那么蓄電池放出直流電通過逆變器逆變成交流電后繼續(xù)給負(fù)載供電這樣在有市電時供應(yīng)負(fù)載的同時給蓄電池充電當(dāng)市電斷電時蓄電池那么充當(dāng)電源通過逆變給負(fù)載繼續(xù)供電實(shí)

12、現(xiàn)不間斷供電4硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路主要包括GSM模塊與STC89C52RC芯片的連接電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路41 GSM與單片機(jī)硬件連接 GSM與STC89C52RC的硬件連接圖如圖5所示圖5 GSM與單片連接原理圖單片機(jī)與GSM 模塊的硬件連接TC35I的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā) 數(shù)據(jù)接口配置為8 位數(shù)據(jù)位1 位停止位無校驗(yàn)位可以在300-115×103 bps 的波特率下運(yùn)行在和TC35I 之間加電平轉(zhuǎn)換圖6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)局部電路圖本系統(tǒng)共有八路通過繼電器通斷實(shí)現(xiàn)對電器控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路單片機(jī)管腳通過10K限流電阻與三極管基極相連當(dāng)相應(yīng)的管腳呈高電平時那么相對應(yīng)的三極管就會導(dǎo)通信號

13、繼電器線圈也就會通電吸合從而實(shí)現(xiàn)家用電器的開關(guān)當(dāng)單片機(jī)管腳輸出為低電平時三極管失去導(dǎo)通電壓關(guān)斷由于繼電器線圈并聯(lián)了一個續(xù)流二極管此時繼電器線圈產(chǎn)生的巨大的感應(yīng)電流會通過續(xù)流二極管與線圈形成通路最后電能將全部在線圈上消耗從而感應(yīng)電流就不會沖向三極管保證了電路的穩(wěn)定性和可靠性5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51系統(tǒng)流程圖圖7 系統(tǒng)流程圖本系統(tǒng)的軟件局部由C語言編寫C語言有較好的可閱讀行和移植性大大的方便了程序的編寫系統(tǒng)流程圖如圖7所示首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化初始化包括串行通訊口的初始化中斷初始化TC35I的初始化然后單片機(jī)對是否接受到短信指令和與傳感器連接的IO進(jìn)行循環(huán)檢測當(dāng)GSM接收到短信指令時通過單片機(jī)的分析計(jì)算啟

14、動相應(yīng)的電器同時給用戶發(fā)送操作成功的短消息然后繼續(xù)對傳感器進(jìn)行檢測如果沒有傳感器沒有信號那么又返回繼續(xù)對GSM是否接收到短信指令進(jìn)行檢測就這樣循環(huán)進(jìn)行檢測當(dāng)家里發(fā)生險情或溫度過高時軟件進(jìn)入中斷效勞程序?qū)θ齻€傳感器分別進(jìn)行判斷然后進(jìn)行相應(yīng)的處理同時完成對報警信息的發(fā)送52 AT 指令A(yù)T指令是以AT作首字符結(jié)束的字符串AT指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在 中每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回對TC35I 的操作均采用AT 指令它包含了GSM 語音和短信息的控制ATXXXX根據(jù)AT 指令的GSM0705 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送和接收中文或中英文混合的短信息必須采用PDU 模式Text 模式只支持傳送英文及數(shù)字信息設(shè)置短消息發(fā)

15、送格式0-PDU1-文本ATCMGF 1發(fā)送短消息 短消息內(nèi)容為 ATCMGS "1XXXXXXXXXX" 用戶 OKzz 表示z"ATCSCA 861XXXXXXXXXX湘潭"讀取短信息內(nèi)容ATCMGR ATCREG刪除短息防止溢出ATCMGD 16各模塊核心程序61GSM模塊收發(fā)程序單片機(jī)實(shí)現(xiàn)短信自動發(fā)送進(jìn)行短信發(fā)送的前提是短信內(nèi)容的正確編碼經(jīng)過以上對短信發(fā)送過程的分析可以通過單片機(jī)對其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)下面是實(shí)現(xiàn)程序例程 函數(shù)名PDU_SMS 功能 發(fā)送短信參數(shù)說明SMS_Center為短信中心號碼 11位SMS_Telenum為短信接收方的號碼 11位SM

16、S_Context為短信的內(nèi)容int PDU_SMS char SMS_Center char SMS_Telenumchar SMS_Contextchar is_GB int ijunsigned char lentimechar lens3time 0for i 0i 300i PDU_Codei PDU_ti-設(shè)置短信中心號碼-for i 0 j 0 i strlen SMS_Center 2 i PDU_Code6 j SMS_Center2 i 1PDU_Code6 j SMS_Center2 i PDU_Code6j F 在最后補(bǔ)上的FPDU_Code6j SMS_Centers

17、trlen SMS_Center - 1 -設(shè)置接收號碼-for i 0 j 0 i strlen SMS_Telenum 2 i PDU_Code26 j SMS_Telenum2 i 1PDU_Code26 j SMS_Telenum2 i PDU_Code26j FPDU_Code26j SMS_Telenumstrlen SMS_Telenum - 1 -設(shè)置短信內(nèi)容長度-if is_GB 0 len strlen SMS_Context 2elselen strlen SMS_Context PDU_Code44 len 4 9 len 4 55 len 4 48PDU_Code45

18、 len 0x0f 9 len 0x0f 55 len 0x0f 48 -編碼短信內(nèi)容-if is_GB 0 如果不是GB碼短信內(nèi)容為ascii碼字符串 for i 0j 0 i strlen SMS_Context i szzh16 SMS_Contextjlens PDU_Code46i4 0PDU_Code46i41 0PDU_Code46i42 lens0PDU_Code46i43 lens1 PDU_Code46i4 0x1aPDU_Code46i41 0xff else短信內(nèi)容為GB碼如果要使 能夠顯示改到UNICODE編碼 for i 0j 0 i strlen SMS_Cont

19、ext i szzh16 int SMS_Contextjlens PDU_Code46i2 lens0PDU_Code46i21 lens1 PDU_Code46i2 0x1aPDU_Code46i21 0xff if PDU_HandShake do PDU_EnablePDU if is_GB 0 PDU_SetLength Strlen SMS_Context 2 elsePDU_SetLength Strlen SMS_Context PDU_Send PDU_Code for i 0i 25i delay 20000 sbufcounter 0counter 0time 判斷是否發(fā)

20、送成功如果不成功繼續(xù)發(fā)送最多4次如仍不成功返回0while strpos sbufstrlen sbuf -20G -1time 4 if strpos sbufstrlen sbuf -20G -1 return 0elsereturn 1 成功的話返回0 else sbufcounter 0counter 0return 0 以上程序成功實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送單片機(jī)對短信的讀取與解碼單片機(jī)可以通過AT指令對短信貓中的短信進(jìn)行讀取并對讀入的短信數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與解碼讀出的短信格式與發(fā)送時的短信編碼大致是相同的下面給出相應(yīng)的程序例程讀取某一條短信并將其進(jìn)行顯示 函數(shù)名LAD_SMS short for &

21、quot;Load And Display the Short MessageS" 功能用戶函數(shù)讀取第n條短信并在LCD的 xy 位置顯示出來unsigned char LAD_SMS unsigned char nunsigned char xunsigned char y unsigned char ilentchar temp5char temp13IN_Draw_BlankorBlackRect 02030720 szzh10 ntemp1 將n轉(zhuǎn)為相應(yīng)的字符串如n 21那么字符串為"21"用以與AT指令拼接t 85clear_sbuf counter 0

22、send_s "ATCMGR " ATCMGR為讀取短信的AT指令send_s temp1 上面所得的字符串send 0x0d send 0x0a for i 0i 10i delay 10000 等待讀取完畢sbufcounter 0 在收到的數(shù)據(jù)末尾附加0temp0 sbuf23temp1 sbuf24temp2 sbuf25temp3 0if sbuf25 0x0d tfor i 0i strlen temp i if tempi 0x0d tempi 0len atoi temp 獲取收到的短信內(nèi)容長度if len 0 LCD_PutEng 596"EMP

23、" LCD_PutChn xy" 短信空" delay 50000 return 0 len- 20if len 90 LCD_PutEng 596"MTL" LCD_PutChn xy" 短信太長" delay 50000 return 0 for i 0i leni temp0 sbuft2itemp1 sbuft2i1temp2 0sbufi _hex_ temp 收到的短信內(nèi)容是內(nèi)存方式的顯示表示轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制數(shù) sbufi 0Analysis_Pro 解碼后的內(nèi)容在sbuf中此函數(shù)對其進(jìn)行顯示輸出delay 5000

24、0 clear_sbuf counter 0return 1 檢測新短信 函數(shù)名Check_New 功能用戶函數(shù)檢測有無新的短信如果有返回1否那么返回0unsigned char Check_New int isend_s "ATCMGL 0" ATCMGL 0為讀取新短信的AT指令send 0x0d send 0x0a 發(fā)送回車delay 10000 等待接收完畢if sbuf12 O return 0xffif sbuf12 for i 18i 23i if sbufi sbufi 0return atoi sbuf19 返回新短信的位置 刪除某條短信 函數(shù)名Delet

25、e 功能用戶函數(shù)刪除第n條短信unsigned char Delete unsigned char n char t10char t15strcpy t"ATCMGD " ATCMGD為刪除短信的AT指令szzh10 nt1 strcpy t8t1 while Send_AT_CMD t 1 delay 60000 return 1 62煙霧傳感器模塊核心代碼uint AD_Conver uchar port uchar iuint AD 0CLOCK 0CS 0EOC 1port 4for i 0 i 12 i 注意在12個時鐘周期的下降沿產(chǎn)生了數(shù)據(jù)輸出 在前4個時鐘周期

26、內(nèi)TLC2543已經(jīng)知道下一次將if DOUT AD 0x01 哪個通道做轉(zhuǎn)換在后8個時鐘內(nèi)就一直對此通道DIN bit port 0x80 進(jìn)行采樣并保持到第12個時鐘周期結(jié)束此后才CLOCK 1 開始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時間需要10us_nop_ _nop_ _nop_ 在第4-8個時鐘周期內(nèi)輸入的是命令控制字CLOCK 0_nop_ _nop_ _nop_ 可根據(jù)需要輸入port 1AD 1 CS 1 AD 1return AD endifvoid delay uint z 延時函數(shù) uint xyfor x zx 0x- for y 110y 0y- void dsreset void D

27、S18B20復(fù)位初始化函數(shù) uint ids 0i 103while i 0 i-ds 1i 4while i 0 i- bit tempreadbit void 讀一位數(shù)據(jù)函數(shù) uint ibit datds 0i i起延時作用ds 1iidat dsi 8while i 0 i-return dat uchar tempread void 讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) uchar ijdatdat 0for i 1i 8i j tempreadbit dat j 7 dat 1 讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面這樣剛好一個字節(jié)在dat里 return dat void tempwritebyte uchar

28、 dat 向DS18B20寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) uint iuchar jbit testbfor j 1j 8j testb dat0x01dat dat 1if testb 寫1 ds 0iids 1i 8while i 0 i- else ds 0 寫0i 8while i 0 i-ds 1ii void tempchange void DS18B20開始獲取溫度并轉(zhuǎn)換 dsreset delay 1 tempwritebyte 0xcc 寫跳過讀ROM指令tempwritebyte 0x44 寫溫度轉(zhuǎn)換指令 uint get_temp 讀存放器中存儲的溫度數(shù)據(jù) uchar ab dsre

29、set delay 1 tempwritebyte 0xcc tempwritebyte 0xbe a tempread 讀低8位 b tempread 讀高8位 temp b temp 8 兩個字節(jié)組合為一個字 temp tempa f_temp temp0062 溫度在存放器中為12位分辨率為00625 temp f_temp1005 乘10表小數(shù)點(diǎn)后只取1位加05是四舍五入 f_temp f_temp005 return temp temp 是整型 void main 主函數(shù) uchar buff4idula 0wela 0init_com while 1 tempchange 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)for i 10i 0i- dis_temp get_temp 獲取溫度并顯示 deal temp 進(jìn)行溫度處理spr