测控技术在家居环境上的应用

随着计算机技术和通信技术的飞速发展, 现代生活正在向数字化、信息化时代大踏步前进。近年来, 随着GSM全球移动通信系统的迅速普及, 短消息服务业务SMS作为GSM网络的一种基本业务日趋成熟。基于SMS短消息服务业务, 以GSM通信系统作为无线传输网络, 其占用系统资源少, 建网速度快, 投资费用少, 可以开发出前景乐观的各类应用。

随着信息技术的发展和人们生活水平的提高, 人们对住宅的安全性、舒适性、便利性提出了更高的要求, 家居智能化系统应运而生。通过基于Internet的SMS服务, 设计出基于短消息的家居测控系统, 可实现用户对目标的远程测控。

1 基本原理

1.1 GSM网络与SMS业务

(1) GSM网络。

首先, GSM可以与各种公用通信网互连互通, 尤其与ISDN的兼容性, 可提供更多的业务, 各种接口规范明确, 网络适合未来数字化发展的要求。其次, GSM是一种提供话音、数据、补充业务等多种服务的系统。GSM系统由一系列功能单元构成, 主要分为两个部分:基站子系统 (BSS) 和网络子系统 (NSS) [1]。BSS基站子系统负责无线通道的控制, 每一个呼叫都通过它来连接。NSS负责呼叫控制功能, 呼叫总是通过NSS连接。

(2) SMS业务。

SMS短消息业务 (即在手机屏幕上可以显示中文信息的业务) 实现了手机与BP机合二为一的功能。目前不需要办理任何手续就可以享受短消息的收发服务。所以可以很方便地在本人手机上直接发送和接收文字或数字信息。用户己关机或在盲区时, 系统将保留该条短信息, 在用户开机或重新进入服务区时, 即时送进手机。短消息业务 (Short Message Service) 是GSM系统中提供的一种GSM手机之间及短消息实体 (Short Message Entity) 之间通过业务中心 (Service Center) 进行文字信息收发的方式, 其中业务中心完成信息的存储和转发功能。短消息业务可以认为是GSM系统中最为简单和方便的数据通信方式, 它不需要附加其他较为庞大的数据终端设备, 仅使用手机就可以达到进行中、英文信息交流的目的。根据GSM规范, GSM手机可收发最多160个字母、数字或最多70个汉字的短消息[2]。

2 系统结构

系统的数据及控制信息是以GSM/SMS为载体的, 所以系统用户的移动终端必须能够支持GSM网络通信, 并且支持SMS业务。系统网络拓扑结构如图1所示。

系统小区管理中心接入指定的SP, 同时SP通过Internet与ISMG互联网短信网关相连, 最后ISMG与SMSC短消息服务中心连接。这样就形成了MS到系统小区管理中心的信息通路。同时, 系统小区管理中心以点对多点的方式与多个用户终端相连接, 以实现小区用户终端的集中式管理[3]。从系统结构上看, 小区管理中心担当了信息的处理、存储和转发的角色, 所以是整个系统设计的重点。小区管理中心的工作效率直接影响整个系统的运行。

系统网络结构划分有线和无线网络部分。无线部分是网络结构己经很成熟的GSM全球移动通信网络, 我们不需要对起进行设计和修改, 只需要系统用户在GSM移动网中注册一个号码, 并且拥有一个支持GS树SMS业务的移动终端 (例如移动电话) 143刊[2]。有线网络分为两个部分:小区子系统和Internet。Internet网络不需要也不可能我们自行设计, 我们只需要向位于Internet中的支持ISMG/SMS业务的SP以小区管理中心的身份申请业务的开放即可。因此系统设计的工作量可以集中到小区子系统的设计, 以及小区子系统与SP的通信上。

3 测控终端的具体应用

3.1 家居安防业务功能模块

家居安防业务功能模块:家居安防功能模块由以下两个部分组成:现场探测器AT89C51微处理系统。现场探测器 (传感器) 主要由红外探测器、玻璃破碎探测器组成。当AT89C51微处理系统接到现场报警信号时一方面需要对现场报普点进行操作和控制另一方面向小区管理中心传递有关的报警信息, 在小区管理中心的显示屏上显示出来并且在小区管理中心的打印机上把有关的报警信息打印记录下来。其结构如图2所示。

3.2 远程家电测控业务功能模块

远程家电测控业务功能模块:根据测控的方式不同, 家电可以分为三类:受开关信号控制的家电 (如电灯、电风扇、热水器等) ;受红外信号控制的家电 (如电视机、空调等) ;受程序控制的家电 (如微波炉、洗衣机等) 。根据远程家电测控业务的定义AT89C51微处理系统需要能够进行开关信号的产生, 红外遥控电路模块信号的产生以及家电程序指令信号的产生。

3.3 紧急事故报警处理业务功能模块

紧急事故报警、处理业务包括以下两个方面的内容:火灾检测报警:燃气泄露报鳌。对于火灾检测报警, 火灾探测器是非常重要的检测元件, 它将火灾发生初期所产生的热、烟及光转变成电信号, 当其电信号超过某一定值时, 传递给用户终端的AT89C51单片机微处理系统。

紧急事故报警及处理功能模块要完成两方面的工作, 一方面要能够自动报警, 同时需要能够完成自动灭火的功能。现在的火灾及燃气泄露探测器 (传感器) 大部分都带有自动喷水的功能, 所以系统通过AT89C51微处理系统在发生事故时发出自动报警信号, 同时向传感器发

出自动喷水信号就可以完成这两项工作。

3.4 远程查表业务功能模块

远程查表业务可以分为两个部分:前端数据采集装置;数据采集处理装置 (AT89C51微处理系统) ;数据存储设备。

前端数据采集装置指的是具有脉冲或电信号输出的水表、电表、气表等计量装置。从传感器上分类可以分为:干簧管型和霍尔元件型。干簧管型传感器是在普通转盘计数的水表或天然气表中加装干簧管和磁铁, 干簧管固定在计数转盘附近, 永久性磁铁安装在计数 (例如0.01立方米) 位上, 当转盘每转一圈, 永久性磁铁经过干簧管1次即在信号端产生一个计量脉冲, 对应0.01立方米。霍尔元件型传感器是在普通转盘计数的水表或天然气表中加装霍尔元件和磁铁。霍尔元件固定在计数转盘附近, 永久性磁铁安装在计数 (例如0.01立方米) 位上, 当转盘每转一圈, 永久性磁铁经过霍尔元件1次即在信号端产生一个计量脉冲, 对应0.01立方米[4]。

因为水、电、气表的计量是累积过程, 所以为了避免掉电等意外情况的发生, 需要对采集的数据进行静态存储。系统采用电压监控和串行EEPROM几种功能于一身的可编程控制芯片X5045。器件存储器部分是带块锁保护的CMOS串行EEPROM阵列阵列的内部组织是x8位。X5045可提供最少为1000000次擦写和100年的数据保存期, 并具有串行外围接口 (SPI)

和软件协议的特点, 允许工作在简单的四总线上。

4 结语

本文阐述了如何用已有的GMS/SMS服务和低成本的硬件设施来搭建一个远程家居测控系统。随着技术的不断进步, 自动化测控技术的运用在不断增加, 对其的研究也在不断深入。在未来智能家居环境下还需设计更为科学合理的测控系统以满足人们对家居环境的高要求。

摘要：随着生活水平的提高, 人们对家居环境的要求也越来越高, 安全程度和舒适程度是人们所追求的, 因而对家居环境中的各方面参数的测量和控制是一个研究趋势。本文围绕基于Internet的SMS服务而设计出的一种家居测控系统, 简要说明了系统的基本原理和结构, 以及通过这个系统在各个模块的设计应用。

关键词：家居智能化,GSM,SMS,功能模块

参考文献

[1] 柴春雷, 汪颖.人体工程学, 中国建筑工业出版社, 2007.

[2] 吴翔.产品系统设计[M], 中国轻工业出版社, 2000.

[3] S.Collesei, P.di Tria, G.Morena.ShortMessage Serviee Based Application inthe GSM Network[J].WCN, 2002.10 (3) :939～943.

[4] Gu11laume.Peersman, Srba.Cvetkovie.The Global System for Mobile Com-munications Short Message Service[J].IEEE Personal Communications, 2000, 6:15～23.