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　　1.引言
　　随着经济及科学技术的发展，人们信息化程度不断提高，智能化的概念逐步走进了寻常百姓家，为家居生活提供便利。现在市场销售的智能家居产品主要包括智能家电及智能家居系统。智能家电基本是依靠定时器，确定启动时间实现“智能”。由于其单一性，造成用户需分别单独设定，过程繁琐。传统智能家居系统是通过模式预设的方式对家用电器、安防系统进行控制和调节。它是一种“程序式”的自动模式。它的缺点在于无法与用户信息互通，系统不能及时进行调节或终止工作进程，造成不必要的能源浪费及财产损失。
　　本文提出一种具有自我感知，自我判断，远程控制，自动工作的智能家居管理系统。
　　2.系统综述
　　系统采用STM32单片机作为主控芯片，依托当前成熟的GSM全球移动通信系统承载远程无线数据交互，使用手机作为远程无线控制的终端设备，用户通过短信与GSM交互信息，GSM对信息解析后交由STM32处理相关控制指令。
　　STM32将传感器监控模块、继电器模块、激光安防模块有机结合在一起，使各个模块能够信息互通，提高控制效率，实时反馈用户家庭的环境信息。用户与系统通过短信及触控屏实现人机沟通，形成一套交互式的智能家居控制系统。系统结构如图1所示：
　　图1 系统结构图
　　3.硬件电路
　　（1）主控模块
　　STM32单片机是Cortex-M系列的32位处理器，具有72MHz时钟频率，指令执行速度快，执行效率高，运算处理能力强。其先进的中断优先级分组方式、快速度中断响应能力，能对突发情况做出快速反应。
　　STM32主控模块作为整个系统的核心，承担着系统所有的控制命令及逻辑运算。它对整个系统进行一系列初始化后，对用户给出的指令和传感器传回的信号进行综合处理，进而控制相应的电气设备动作。
　　（2）GSM通信模块
　　GSM模块主要通讯方式有基于GSM数据业务传输、基于GPRS的传输和基于GSM短消息信令信道的传输三种方式。从实际综合性能和可行性来说，采用基于GSM网络所提供的短消息服务（SMS），对于单纯的控制命令和状态传输是比较合适的。本模块采用西门子公司生产的TC35工业级通信模块，它具有GSM900MHz及DCS1800MHz双频段，天线由连接器连接至外置天线，安装位置不受限制，在GSM900MHz频段发射功率可达到2W，信号稳定，能有效保障通信质量。
　　GSM模块与外部的通信采用标准化的串口通信方式，保障了通信质量，简化了程序开发和调试过程，极大增强了程序的可靠性，而且保密性高，原理简单，优势明显。
　　（3）传感器监控模块
　　鉴于数字式传感器工作原理大体相同，仅以温湿度监控模块作为代表简述。
　　温湿度测量采用DHT11数字式温湿度传感器，其内部包含一个具有负温系数的NTC测温元件和一个电阻式感湿器件，所检温湿度信号与内存中的校准系数进行数字式校准。使用单总线方式完成数据引脚与MCU的通信。MCU根据传感器回传信号与用户预设比较后下达相应控制命令，并将当前环境信息通过GSM告知用户。
　　（4）继电器控制模块
　　继电器通过切断或接通用电装置的电源达到控制目的，当STM32接到GSM给出的用户指令后，MCU通过I/O口送出信号电平，三极管导通，继电器动作，控制相应的电气设备。LED同步指示当前状态。本模块具有较强的通用性及拓展性，可广泛控制各种家用电器，亦可用于级联交流接触器控制大功率用电设备，达到低电压信号控制高电压电源的目的。单路继电器原理如图2所示。
　　图2 继电器电路图
　　（5）激光安防模块
　　激光安防模块由发射器、接收器组成，采取激光对射检测。激光束的发射功率密度大，光束集中，方向性好。低功率激光发射器在工作状态下，光线垂直面可见性低，隐蔽性好。模块不需连续布设，配合无源反射器使用可组成安全性更高的立体交叉安防系统。用户发送指令代码开启离家安防模式，GSM解码后发送用户指令至STM32单片机，单片机根据控制代码驱动外设发射激光束。单片机根据返回信号电平进行判断，当返回信号为高电平时单片机判断为正常，当返回信号为低电平时单片机判断为入侵状态，驱动GSM模块发送报警信息至预设号码。激光接收管电路如图3所示。
　　图3 激光接收管电路图
　　4.系统程序架构
　　系统的软件主要包含两个部分：手机端程序和硬件控制终端程序。手机端程序负责对控制命令进行加密，并调用底层进行消息发送。硬件控制终端是一个功能比较复杂的智能设备，STM32微处理器进行一系列硬件初始化之后，将GSM模块接入网络。一旦接收到用户发回的控制信息，首先进行来信号码的验证，如果是预设的安全号码就进一步按照预先约定的方式进行解密，最后根据控制信息通过I/O端口进行相应的控制动作，并发回反馈信息。手机端的加密和硬件控制端的解密增强了通信的保密性，增加了系统的安全性。
　　图4 程序流程图
　　5.总结
　　利用STM32与GSM构建的远程控制系统，充分利用STM32快速响应的优越性能及现阶段成熟的全球移动通信网络。整套系统功能完备，预留了充足的控制接口，可供后期添加各种控制及监控模块，实现用户订制设计的需求。
　　参考文献
　　[1]宋岩，译.Joseph Yiu.ARM Cortex-M3权威指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.
　　[2]余肖勇.基于GSM的远程监控系统的设计与应用[D].中南大学，2005.
　　[3]迟崇巍.机场围界远程激光光电感应报警系统的开发与应用[D].大连交通大学，2010.
　　本文为湖北民族学院2013年大学生科研训练计划资助项目《基于STM32单片机的智能家居管理系统》成果（项目编号：2013Z055）。

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