蓝牙无线组网的GSM智能家居控制模块设计.doc

第12卷第15期2012年5月1671 1815(2012)15375405科学技术与工程Science Technology and EngineeringVo112 No15 May 2012 2012 SciTechEngrg通信技术蓝牙无线组网的GSM 智能家居控制模块设计何信东(三水区工业中等专业学校(三水区技工学校)，佛山528100)摘要介绍了智能家居控制模块的硬件系统控制原理，以及相关的软件程序。在该系统中，以LPC1768为中央处理单元，结合蓝牙通信模块组网实现对整个家居系统控制。配合LCD显示控制和GSM移动通信模块，实现家居系统的现场及远程控制。通过对系统进行调试，结果表明能够实现任意手机终端远程GSM通信，在各个蓝牙模块协作下，实现了远程控制智能家居。关键词物联网 智能家居 蓝牙技术 GSM模块中图法分类号TN91434； 文献标志码A物联网的发展在现代家居中越来越智能化。所谓智能家居 是指利用微处理电子技术来集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如照明灯、咖啡炉、电脑设备、保全系统、暖气及冷气系统、照明系统、视讯及音响系统等。但在智能家居中，开发的产品主要使用有线连接。如果在智能家居中使用无线接口，可以快速在现有家居中安装和投入使用，同时也方便维护和容易进入到普通家庭用户中。根据目前市场上的多种无线传输的技术方案，蓝牙技术日趋成熟，拥有良好的性价比和众多可供选择的解决方案，非常适合智能家居系统中的要求。本文所选主芯片LPC1768拥有丰富的片上外设，完全满足于现代智能家居的需要。从成本和性能上考虑，加上LCD显示、键盘和无线蓝牙模块的设计比较适合于快速、低成本智能家居安装和使用。1 总体设计如图1所示，智能家居控制系统是以LPC17682012年2月22日收到，3月12日修改作者简介：何信东(1980)，男，助理讲师，研究方向：单片机，光机电一体化。Email：147587573qqcorn。微处理器为中心，这样，蓝牙无线模块采集的家庭信息经过处理后便通过蓝牙传输到微处理器芯LPC1768上，处理数据后将家居环境信息直接输出到LCD显示。同时，该智能家居控制系统带有GSM无线通讯模块，用户可以通过远程手机终端查询家居信息和控制家电等终端，异常的情况下能将信息发送到预先设置号码的手机卡上，能实现用户对于家居系统实现远程的检测与控制 。图1 总体设计图家居各个功能模块主要有嵌入蓝牙模块与主芯片LPC1768的蓝牙模块通信，各个模块可以大致设置为以下几个方面：1)家庭温、湿度、煤气监控。LPC 1768定时通过蓝牙模块检测室内温度与湿度、煤气，通过设定阈值予以比较，以控制空调、暖气、加湿器、通风的开关，当超过阈值后通过GSM模块给用户发送警告15期 何信东：蓝牙无线组网的GSM智能家居控制模块设计信息，同时，用户也可以通过手机向中央控制器发送短信，查询和控制实时环境参数。2)安防与窗帘等自动化系统。在门禁和窗户安装安防系统和窗帘控制系统，当发生警报时候通过GSM模块发警报信息到用户手机终端，同时可以通过手机控制窗帘开关。3)智能化家电。其主要功能是检测电器的运行状态，首先通过电器所在的蓝牙模块与LPC1768控制中心的蓝牙模块交互通信，再通过GSM通信模块与用户手机进行信息交互，接收中心控制器的蓝牙控制信号，以实现对家用电器的无线启、停控制。2 硬件设计21 CPU简介LPC1700系列Coaex-M3微控制器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。它可提供系统增强型特性，例如，现代化调试特性和支持更高级别的块集成。LPC1700系列Cortex-M3微控制器的操作频率可达100 MHz。ARM Cortex-M3CPU具有3级流水线和哈佛结构。LPC1700系列Codex-M3微控制器的外设组件包含高达512 KB的Flash存储器、64KB的数据存储器、4个UART、2个SSP控制器、SPI接LI、3个12C接口、2输人和2输出的12S接口、电机控制PWM、4个通用定时器等多达70个的通用IO管脚 J。22 LCD显示模块LCD与LPC1768的接口如图2所示。带中文字库的128)(64是一种具有4位8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128 X 64，内置8 192个1616点汉字，和128个168点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。LCD采用了串行接口电路图如图2所示。23 GSM 模块231 M23 GSMGPRS模块BENQ公司的M22M23模块是目前市场上的主流GSMGPRS模块之一。它可以应用于GSM短LPC1768 LCDLCD CS RS(CS)MoSI1 RW(SID)SCK1 E(SCK)图2 LCD与LPC1768接线信息通信以及语音通信，利用短信息进行实时l生要求不高，数据量不大的数据通信。M23还可以用于实时陛要求较高，数据量相对较大，传输速度相对较快的数据通信领域 J。M23主要由GSM基带控制器、射频模块、供电模块(VBAT)、闪存、ZIF连接器、音频、天线接口、常用接口等部分组成。该模块具有短消息服务、语音通话、数据传等功能，对外可提供天线接口、模拟音频接口、异步串接口、SIM卡接口等，给用户设计带来很大的方便。M23模块配备了UARTRS-232接口，通过串口可以与LPC1768控制核心进行通信，在通讯的波特率上，M23是一个自适应的波特率，即M23支持从1 200 bs到115 200 bs的任何一个标称的波特率，而不必去另外用AT指令去设置波特率。当M23模块和MCU通信时，只需要将模块的RXD、TXD与MCU的RXD、TXD交叉相连就可以了。在这里，使用了串口0和GSM模块通信，串口接口的电路图如图3所示。图3 LPC1768与M23连接232 常用的AT指令SMS短消息的编码方式主要有Block Mode、TextMode和PDU Mode三种模式。其中TextMode是纯文本方式，Text模式的短信息发送和接收比较简单，只能发送ASCII码信息，如不需要传中文则最好采用Text模式发送和接收短信息。这种模式对于智能家居远程控制而言已经足够。GMS模块的通信全部采用Al+XXX的格式完成。与SMS相关的主要AT指令 如表1所示。科学技术与工程 12卷表1 主要AT指令连机 AT回车 GSM模块连机后回答OK发送模式设置AT+CMG 回车A采用T +PDU模式为短消息A T+c cA =“ 。(”中心 回车 具体 号码由当地运营商决定接收短消息 AT+CMGR：X回车从X存储区接收消息删除短消息 AT+CMGD=X回车从X存储区删除消息发送短消息 AT+CMGS=“XXX” 发送短消息的目标号码24 蓝牙无线收发模块该控制系统使用了蓝牙通信模块BF10一S。BF10s具有高灵敏性接收，低成本，体积小巧，低功耗的优点，完全兼容蓝牙20规范Uart接口的蓝牙模块，同时支持1 200 bps2 764 800 bps等多种波特率支持SPP协议最高可支持3M调制模式、外围10口通信、内建8M Flash。主模式的蓝牙模块接口如图4所示。蓝牙模块通过Uart接口与LPC1768通信，由于蓝牙模块使用的是33V供电，故需要使用到逻辑电平转换。图4 LPC1768与BF1Os连接主蓝牙模块与LPC1768接口，BF10一s模块可以通过PIO0引脚设置主从模式，LPC1768控制的蓝牙模块设置为主模式，其他的蓝牙模块都设置为从模式。25 远端家居传感器设计智能家居远端的传感器是通过从蓝牙模块与主控制中心的主蓝牙模块实现通信的。首先把远端的蓝牙模块设置在从模式状态，即模块中PIO0引脚直接接地。远端蓝牙模块需要通过MCU控制，文中采用了C51系列单片机。当主模块读取室内温度时，在远端可通过C51系列芯片控制从蓝牙模块，其接口如图5所示。当C51的PO1引脚变高电平时，表明该从蓝牙模块已经连接上主蓝牙模块，此时C51将控制从蓝牙模块向主蓝牙模块发送数据。例如，温度传感器DS18B20，这是一款单线数字温度传感器。C51系列芯片通过单线接口进行通信，读取实时温度数值，通过蓝牙模块无线传输到主控芯片，这样用户就可以实时监控室内的温度。其他的智能家居模块，例如湿度、煤气、光照度等传感器设计原理与温度传感器设计大致相同。图5 远端从蓝牙模块接口3 软件设计本系统设计的重点在于LPC1768的编程。通过向M23写入不同的AT指令，能完成多种功能，如读取SIM卡上电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等。系统监测家居环境信息和读取了M23接收的信息后再进行信息分析处理，提取信息后判断执行，并将操作信息通过M23模块发送到拥护手机。在蓝牙通信模块中，LPC1768不断通过主蓝牙与从蓝牙建立连接通信，并通过无线端完成主芯片的读写操作。图6 软件流程图31 其主程序流程如图6所示。32 LCD采用了串行接口初始化和发送程序如下：void lcdinit(void) LCD初始化程序$LPC GPIO0一FIODIR ：PIN CS f PIN SID I PIN CLK15期 何信东：蓝牙无线组网的GSM智能家居控制模块设计 3757LPC GPIO0 一FIOPIN l= PIN CS I PINSID I PIN CLK；delay(20000)；write eom(0x30)；delay(15)；write eom(Oe)；delay(15)；void sendbyte(unsigned char zdata) LCD串口写数据unsigned int i；for(i=0；i8；i+)if(zdata PINSEIJ0 I= (1 PINSEL0 J= (1 LCR=0x83； 允许设置波特率$usFdiv=(FPCLK16)UART0一BPS； 设置波特率 LPC UARTO 一DLM = usFdiv 256；LPC UAR m 一DLL = usFdiv 256；LPC UART0一LCR =0x03；$锁定波特率LPCUART0 一FCR = 0x06；int UART0一 SendByte(int ueData) 串口0发送程序 while(!(LPC UART0一LSR 0x20)；retum (LPCUART0一THR = ucData)：34 温度传感器程序#defineDQ PO0unsigned char read bit(void) 读取一位数据 unsigned char i；DQ =0；OQ置低OQ =1；DQ置高for(i=0；i3；i+)；延时retum(OQ)；返回一位数值35 调试结果程序下载到目标开发板上进行测试，通过手机终端发送预先定义好的命令到目标板GSM模块上，目标板上LCD正常显示命令，并且手机终端收到正常数据。该项目对任何具备发送与接收短信功能的手机都适用。测试表明蓝牙模块和GSM模块工作正常，达到预期目的。4 结论蓝牙模块接人无线智能家居控制模块系统，主要由四部分组成：CPU、LCD显示控制模块、GSM信息通信模块、蓝牙通信模块。在测试阶段，主要难点在于不断测试蓝牙模块与主机建立连接，交互数据和断开连接。提出的蓝牙技术与GSM智能家居控制结合，设计无线连接家居各个家用模块，使用和安装都非常方便、容易，同时安装成本较低。有利于推广到广大家庭智能家居使用。参考文献1 中国智能家居网http：wwwsmarthomecneOll，20122 余为清，熊国良，刘举平智能家用远程控制仪的设计与实现单片机开发与应用，2008；24(3)：1281293 周立功，王祖麟，陈明计，等ARM嵌入式系统基础教材(第二版)北京：北京航空航天大学出版社，20084 魏芬GPRS模块M23在无线数据传输方面的应用设计工业控制计算机，2009；22(5)：5_65 GSM模块AT命令应用指导上海移动通信技术有限公司，20093758 科学技术与工程 12卷GSM Intelligent Household Control M odule Design Based onBluetooth W ireless NetworkingHE Xin-dong(Sanshui Industrial Secondary School(Sanshui Technical schoo1)，Foshan 528100，PRChina)Abstract The hardware system control principle of the intelligent household control module，and the relevantsoftware program are introducedIn this system，based on the LPC1768 as for the central processing unit，combined with Bluetooth communication module network，the whole intelligent household control system was conolledW ith LCD display and GSM mobile communication module，the site control and remote control for the householdsystem would be realizedThrough the system commissioning，the results show that the mobile remote terminal GSMcommunication is realized With the cooperation of whole bluetooth module，a long-distance control intelligenthousehold iS achievedKey words the internet of things intelligent household bluetooth technology GSM Module(上接第3753页)参考文献1 邱克强，徐向东衍射光学元件制作中的基片涂胶方法微细加技术，2007；17(1)：19232 巴音贺希格，张浩泰，李文吴凹球面基底离心式涂胶的数学模型及实验验证光学精密工程，2008；16(2)：2292343 Pham N P，Schotes T M L，Klerk R，et a1Direct spray coating of photoresist for MEMS applicationsProcs of the SPIE 4557，San FransiscoUSA0cL 21_2420014 Pham N P，Burghartz J N，Sarro P MSpray coating of photoresist forpattern transfer on high topography surfacesJournal of Micromechanics and Microengineering2005：15：691_697Study on Ultrasonic Spray Coating for Convex Spherical SubstrateLEI Guotao，DONG Lian-he，SUN Yan-jun(School of Photoelectronic Engineering of