1.引言
　　
　　隨著生活節(jié)奏的加快，生活水平的提高，人們對現(xiàn)代家居的安全性、智能性、舒適性和便捷性提出了更高的要求。智能家居控制系統(tǒng)就是適應(yīng)這種需求而出現(xiàn)的新事物，正朝著智能化、遠(yuǎn)程化、小型化、低成本等方向發(fā)展。如今手機(jī)已經(jīng)十分普及，如何讓普通百姓只需要增加少量投入便可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程遙控自己家中的電器設(shè)備，遠(yuǎn)程查看設(shè)備或安防系統(tǒng)狀況。同時，一旦家中發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)、被盜等安全事故時能夠立即獲知警報，及時處理。為此本文提出了一種基于SMS和Atmega128的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　　2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
　　
　　本文所設(shè)計的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由CPU模塊、短信收發(fā)模塊、電源模塊、時鐘模塊、LCD顯示模塊、鍵盤模塊、驅(qū)動模塊、無線收發(fā)模塊、檢測模塊等模塊組成，如圖1所示。系統(tǒng)的工作原理如下：用戶通過手機(jī)將控制或查詢命令以短信的形式通過GSM網(wǎng)發(fā)送到短信收發(fā)模塊，CPU再通過串口將短信讀入內(nèi)存，然后對命令分析處理后作出響應(yīng)，控制相應(yīng)電器的開通或關(guān)斷，實現(xiàn)了家電的遠(yuǎn)程控制。CPU定時檢測煙感傳感器、CO傳感器、門禁系統(tǒng)的信號，一旦家中發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)、被盜等險情時，系統(tǒng)立即切斷電源、蜂鳴器警報并向的手機(jī)發(fā)送報警短信，實現(xiàn)了家居的遠(yuǎn)程監(jiān)視。為了達(dá)到更人性化的設(shè)計，當(dāng)用戶在家時可通過手持無線遙控器控制各個家電的通斷，通過自帶的小鍵盤設(shè)定*、權(quán)限和設(shè)定系統(tǒng)的時間等參數(shù)。LCD用來實時顯示各電器狀態(tài)和各個傳感器的狀態(tài)。
　　
　　3硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　CPU選用Atmega128單片機(jī)，它是基于AVRRISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，具有性價比高、功耗小、可靠性高等特點。短信收發(fā)模塊選擇廈門桑榮公司的Saro310GSMModem.傳感器選擇香港嘉永公司的SS-168煙感探測報警器、HD-111家用CO探測報警器。它們在檢測到危險信號時輸出開關(guān)量信號，能及時準(zhǔn)確地向CPU發(fā)出報警信號。LCD顯示模塊選用LCD12864帶中文字符型液晶顯示屏，它自帶漢字字庫，只用查詢中文字庫表便能實現(xiàn)LCD的中文顯示，占用CPU管腳少，只需三個管腳便能完成通訊和控制。
　　
　　鍵盤模塊采用了一個4×4的小鍵盤。開關(guān)驅(qū)動模塊實現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的控制。因為本系統(tǒng)中有較大功率電器，在啟動時電流會較大，可能會達(dá)到10A,因此采用了2JB0.5-1型固態(tài)繼電器。時鐘模塊選用DS1302時鐘芯片，為CPU提供實時時鐘。它采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，編程簡單，功耗小。無線收發(fā)模塊選用超外差雙向無線接收模塊JL-RT01A.電源模塊由插頭引入220V交流電源，經(jīng)過220V/36V/12V變壓器降壓，整流橋整流，二級電容濾波，三端穩(wěn)壓芯片78L05和78L24穩(wěn)壓后，分別為核心板和接口驅(qū)動模塊提供5V和24V供電。
　　
　　4軟件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　Atmega128芯片集成的指令功能豐富，內(nèi)存等資源也都比較豐富，為了提高編程效率、代碼的可讀性、可移植性和可維護(hù)性，本系統(tǒng)使用C語言開發(fā)系統(tǒng)軟件。
　　
　　4.1主程序流程
　　
　　系統(tǒng)上電后，首先初始化各底層硬件（包括LCD設(shè)備、串口參數(shù)等）和系統(tǒng)I/O,然后并通過RS-232端口向短信模塊發(fā)送ATE命令查詢短信模塊是否正常工作？若收到應(yīng)答后，則順序發(fā)送"AT+CMGF"、"AT+CNMI"、"AT+CSCA"等AT命令（可參考AT命令集），設(shè)置或獲取相關(guān)參數(shù)，完成短信預(yù)處理。然后進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，定時查詢短信模塊是否收到新短信，檢測各個傳感器的信號輸入以及鍵盤操作等。若查詢到有新短信，則判斷它是否來自*手機(jī)？若是，核查該的權(quán)限后，對該短信進(jìn)行分析，根據(jù)具體命令（見表1-3）作出響應(yīng)。一旦檢測到煙感、CO傳感等傳感器有異常，則立即切斷主要電器的電源，輸出報警信號并向手機(jī)發(fā)送短信。
　　
　　4.2GSM短信息設(shè)計
　　
　　4.2.1短信收發(fā)模式選擇
　　
　　Saro310GSMModem模塊使用AT命令集控制短信的收發(fā)，它支持TEXT和PDU兩種短信收發(fā)模式。
　　
　　前者不支持非ASCII碼字符，不能收發(fā)中文短信，而后者支持多種不同的編碼格式，因此在本系統(tǒng)采用PDU模式來收發(fā)短信息。手機(jī)中文字顯示使用國標(biāo)碼，在CPU中需要先將UCS2編碼轉(zhuǎn)換為國標(biāo)碼以便于輸出。
　　
　　UCS2編碼與國標(biāo)碼之間轉(zhuǎn)換不能依靠算法完成，只能通過查表來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
　　
　　4.2.2短信命令格式（控制協(xié)議）
　　
　　短信命令分為傳感器查詢命令、基本控制命令、管理命令。各種命令格式和說明分別如表1、表2和表3所示。
　　
　　例如，執(zhí)行打開電燈的命令：
　　
　　uint8ExecuteSMSCmd（void）//執(zhí)行命令
　　
　　{caseSMS_DD:RELAY_PORT|=BIT（RELAY_DD
　　
　?。?//打開電燈
　　
　　DvcStt|=0x02;break;//電燈的命令代碼為00000010B
　　
　　}
　　
　　短信命令以Unicode碼的形式存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
　　
　　4.2.3短信命令解析
　　
　　當(dāng)系統(tǒng)接收到短信命令后，按順序從傳感器查詢、基本命令、管理命令匹配掃描。掃描代碼如下：
　　
　　while（--i&&!（mh=strstr（UART0_RxBuf,DefDetCmd[i]）））；
　　
　　if（!i）//若非傳感命令
　　
　　while（--j&&!（mh=strstr（UART0_RxBuf,DefBasicCmd[j]）））；
　　
　　if（!j）//若非基本命令
　　
　　while（--k&&!（mh=strstr（UART0_RxBuf,DefAdvanceCmd[k]））；
　　
　　其中，UART0_RxBuf指向接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，DefDetCmd是系統(tǒng)中預(yù)定義的傳感器命令，DefBasicCmd是基本控制命令，DefAdvanceCmd是管理命令。掃描完成后，對不同類型命令進(jìn)一步細(xì)化處理，返回對應(yīng)的命令編號。系統(tǒng)根據(jù)不同的命令編號完成不同的操作。
　　
　　4.2.4發(fā)送短信
　　
　　當(dāng)系統(tǒng)接收到帶有"?"的短信命令時，完成相應(yīng)操作后，將給該*號碼發(fā)送報告短信。短信息格式定義如下：
　　
　　typedefstructShortMessage//短信息結(jié)構(gòu)
　　
　　{uint8CSCA[19];//短信中心號碼
　　
　　uint8FirstOctet[3];
　　
　　uint8TP_MR[3];//消息參考值
　　
　　uint8RecvPhone9];//對方號碼字段
　　
　　uint8TP_PID[3];//協(xié)議標(biāo)識
　　
　　uint8TP_DCS[3];//編碼方式
　　
　　uint8TP_VP[3];//有效期
　　
　　uint8TP_UDL[3];//用戶數(shù)據(jù)長度
　　
　　uint8TP_UD[255];//消息內(nèi)容
　　
　　}SHORTMESSAGE;
　　
　　系統(tǒng)上電時，先執(zhí)行短信息預(yù)處理，將信息結(jié)構(gòu)中的常量賦值并存入Flash中，要發(fā)送短信時再將信息結(jié)構(gòu)補(bǔ)充完整。發(fā)送過程是（：1）向短信模塊發(fā)送"AT+CMGS"命令（；2）短信模塊回應(yīng)后，發(fā)送短信息結(jié)構(gòu)串（；3）等待發(fā)送完成。
　　
　　4.2.5短信安全設(shè)計
　　
　　為了提高系統(tǒng)的安全性，本系統(tǒng)設(shè)置了*號碼庫，只有在*號碼庫中的*手機(jī)對系統(tǒng)發(fā)送的命令才是有效的。當(dāng)系統(tǒng)接收到一條新短信時，先判斷號碼是否包含在*號碼庫中，如短信來自非*手機(jī)則將此信息刪除。執(zhí)行完*號碼發(fā)送的命令后，系統(tǒng)再通過短信模塊向用戶發(fā)送命令執(zhí)行情況的信息。*號碼庫是可以修改的，管理號碼的手機(jī)可以發(fā)送短信命令將陌生號碼加入到*號碼庫中或刪除*號碼，也可以通過鍵盤添加、刪除*號碼。
　　
　　5實物測試
　　
　　該系統(tǒng)的實物測試結(jié)果如圖4所示，通過*手機(jī)向系統(tǒng)發(fā)送短信"打開電燈？",系統(tǒng)完成短信命令的解析、打開電燈后，在LCD顯示當(dāng)前操作，并按要求回復(fù)一條短信。
　　
　　6結(jié)束語
　　
　　本文所設(shè)計的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)只須對原有的電源、安防等系統(tǒng)的布線做很少的調(diào)整，便可通過手機(jī)實現(xiàn)遙控家電。該系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、成本低、性價比高。還很容易推廣到戶外廣告牌監(jiān)控、水庫水位監(jiān)控、電梯安全運行監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。