基于SMS的遠(yuǎn)程家電控制終端的設(shè)計(jì)

于明軍

（赤峰學(xué)院物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古赤峰024000）

基于SMS的遠(yuǎn)程家電控制終端的設(shè)計(jì)

于明軍

（赤峰學(xué)院物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古赤峰024000）

隨著電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)資源完成遠(yuǎn)程控制成為越來越多工程問題的解決方案.本文利用Atmel公司的At89S52單片機(jī)和西門子公司GSM模塊TC35i設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的遠(yuǎn)程家電控制終端.利用此終端，可以在上班時(shí)遙控家里的電飯鍋?zhàn)鲲?、空調(diào)開啟，讓你的生活更加便利.本文介紹了控制終端的硬件電路，并給出了軟件實(shí)現(xiàn)流程.此設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸可靠，稍做改進(jìn)即可應(yīng)用于多種需要遠(yuǎn)程交互的場(chǎng)合.

遠(yuǎn)程控制；SMS；單片機(jī)；GSM短信模塊

1 引言

隨著電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，智能家居引起了人們的廣泛關(guān)注，如何利用現(xiàn)有的資源實(shí)現(xiàn)家用電器的智能化控制，形成現(xiàn)實(shí)意義上的家電智能化，是近年來很受歡迎的研究課題.

以現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以方便的實(shí)現(xiàn)各類工程應(yīng)用，例如，無線數(shù)據(jù)的傳送、遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制等.通常開發(fā)中應(yīng)用較多的無線傳輸業(yè)務(wù)有：專用的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；GPRS業(yè)務(wù)和SMS短信息業(yè)務(wù)三種.GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性和可靠性最高，只是需要申請(qǐng)專用GSM數(shù)據(jù)通道，所以成本也最高；GPRS業(yè)務(wù)高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線特點(diǎn)，配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式，使GPRS通信有較高的性價(jià)比；但是需要與網(wǎng)絡(luò)主機(jī)相連，使得系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性不好.如果利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式便增加了開支.另外，即使可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的透明傳輸，利用單片機(jī)提取有效信息也困難，會(huì)增加系統(tǒng)的開發(fā)難度.所以，它更適用于利用PC機(jī)作為數(shù)據(jù)處理中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).

作為GSM（Global System for Mobile Communication）系統(tǒng)中提供的一種基本業(yè)務(wù)，SMS（Short Message Service）短信息服務(wù)通過服務(wù)中心完成信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，在GSM終端（手機(jī)）之間利用文本信息收發(fā)傳遞信息.它是目前也是迄今為止普及率和使用率最高的一種業(yè)務(wù).而對(duì)于家電遠(yuǎn)程控制這種實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，數(shù)據(jù)流量較小，而且傳輸頻數(shù)小的情況最適合應(yīng)用SMS業(yè)務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā).由于GSM網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，同時(shí)，它對(duì)用戶的數(shù)量無限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護(hù)費(fèi)用高，且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷.利用GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái).

2 總體設(shè)計(jì)方案

本題目旨在設(shè)計(jì)一種由GSM模塊構(gòu)成的遠(yuǎn)程家電控制終端，通過GSM模塊接收信息并利用單片機(jī)識(shí)別接收到的信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程的家電控制.在控制系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)采用的短信通信模塊為西門子工業(yè)級(jí)GSM模塊TC35i，MCU使用了Atmel公司的At89S52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，32個(gè)可編程I/O口線，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，八個(gè)中斷源，全雙工UART串行通道.支持低功耗空閑和掉電模式工作.系統(tǒng)原理圖如圖1所示.

GSM模塊、天線和SIM卡構(gòu)成了一個(gè)短信收發(fā)模塊，控制人員可以利用任意手機(jī)或利用網(wǎng)絡(luò)，向GSM模塊的SIM卡中發(fā)送短信，單片機(jī)則利用AT指令定時(shí)從GSM模塊存儲(chǔ)器中讀取短消息的內(nèi)容，并與預(yù)先存儲(chǔ)在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的特定指令字符串比較，相同則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的控制指令，不同則丟棄.每當(dāng)讀取有效的控制短消息后，單片機(jī)將再通過AT指令控制GSM模塊回復(fù)一條短信，表明操作成功.GSM模塊與單片機(jī)系統(tǒng)通過串行口通信，GSM模塊接受到的控制信息經(jīng)解調(diào)后由串口送給單片機(jī)，單片機(jī)同樣利用串行口通過軟件程序中的AT指令對(duì)GSM模塊進(jìn)行操作.

3 系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)

GSM模塊采用的是西門子工業(yè)級(jí)短信模塊TC35i，它可以快速安全地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù).TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成.它設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了產(chǎn)品體積，與GSM2／2+兼容，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，模塊的工作電壓為3.3~4.8 V，兼容雙頻（GSM 900/GSM l800）工作，具有RS232數(shù)據(jù)通信口.該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸.TC35i有40個(gè)引腳通過ZIF連接器引出,具體電路如下：

圖2 TC35i模塊接口電路

GSM模塊TC35i，由單片機(jī)上電啟動(dòng)，也可由手動(dòng)啟動(dòng).18,19引腳與單片機(jī)的串行口相連接，單片機(jī)通過串行口傳輸AT指令，實(shí)現(xiàn)初始化GSM模塊，讀入短信，刪除短信和發(fā)送短信等功能.24—29引腳與SIM卡相連，實(shí)現(xiàn)SIM卡和模塊的信息交換.

圖3 單片機(jī)接口電路

單片機(jī)選用了Atmel公司的At89S52單片機(jī)，此圖為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)，包含了復(fù)位和晶振電路.僅由串行口和外界聯(lián)系.

圖4 SIM卡接口電路

SIM卡電路以模塊為載體，可以是聯(lián)通或移動(dòng)的通用SIM卡.將卡座焊接到GSM模塊上，使用時(shí)，將開通的SIM卡插到卡座里即可.

圖5串行通信接口電路

軟件程序在PC機(jī)上調(diào)試通過后，利用串口下載到單片機(jī)中，由于單片機(jī)使用的電平為TTL電平，而PC串口使用232電平，所以相互通信時(shí)需要電平的轉(zhuǎn)換電路.TC35i提供了標(biāo)準(zhǔn)的232串口，單片機(jī)與GSM短信模塊通信同樣用到此電平轉(zhuǎn)換電路.

圖6 E2PROM擴(kuò)展接口電路

由于單片機(jī)內(nèi)部有8Kflash，此處又利用I2C總線形式擴(kuò)展了一塊8K的E2PROM存儲(chǔ)器，為程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提供更大的空間，有利于功能的擴(kuò)展.另外，穩(wěn)定可靠的電源設(shè)計(jì)是保障TC35I模塊正常工作的關(guān)鍵.單片機(jī)的正常供電電壓要求為5V，TC35I的供電電壓為3.3V～4.8V，推薦值為4.2V.

4 系統(tǒng)軟件接口設(shè)計(jì)

MCU通過UART串行接口直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，就可以方便簡(jiǎn)潔地實(shí)現(xiàn)基于GSM的短信息SMS的收發(fā)、查尋和管理.表1列出了與SMS相關(guān)的一些常用的GSMAT指令.

表1 常用的GSMAT指令

根據(jù)GSM07.05的定義，SMS短信息的發(fā)送和接收模式共有三種：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式.使用Block模式需要模塊生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持；而用于中英文短信息傳送應(yīng)使用PDU模式，只傳送英文短信息（純文本格式）使用Text模式.Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡(jiǎn)單.在此，我們應(yīng)用此方式.我們將相應(yīng)的控制命令均預(yù)先規(guī)定為固定的字符串，例如：“cook”（啟動(dòng)電飯鍋），“nocook”（切斷電飯鍋電源）等，當(dāng)執(zhí)行完控制操作后，單片機(jī)控制GSM模塊向原號(hào)碼發(fā)送“OK”.

單片機(jī)利用定時(shí)器定時(shí)，每隔5秒鐘對(duì)GSM模塊中存儲(chǔ)的短消息讀取一次，然后與約定字符串比較，判斷是否為有效指令.如不是，則將返回等待下一次讀取，是則執(zhí)行相應(yīng)指令并回復(fù)信息.與此同時(shí)，無論指令正確與否都將SIM卡中短信刪除，以防多次使用或垃圾短信將SIM卡短信空間占滿，系統(tǒng)無法接受新短信而出現(xiàn)錯(cuò)誤.軟件主流程圖如圖7所示：

圖7 軟件主流程圖

5 結(jié)語

本文利用單片機(jī)和GSM短消息模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)，并給出了設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件流程.當(dāng)然，家電的擺放一定是空間上離散的.為了適應(yīng)多家電控制，可以在終端利用單片機(jī)控制無線模塊與具體家電聯(lián)系，在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制.另外，基于短消息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，使得它在監(jiān)控防盜、報(bào)警等應(yīng)用場(chǎng)合也會(huì)有所用途，而傳輸頻數(shù)較高時(shí)運(yùn)行成本會(huì)有所增加，實(shí)時(shí)性要求較高、數(shù)據(jù)出數(shù)量較大的場(chǎng)合則不能滿足要求.

〔1〕郭志源.基于AT89S52的遠(yuǎn)程報(bào)警和控制系統(tǒng)機(jī)械研究與應(yīng)用.2007（10）：106—108.

〔2〕胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第二版）.清華大學(xué)出版社，2004.

〔3〕Simens Corpration.TC35i Hardware Interface Description version 00.03．2003,1

〔4〕Simens Corpration.TC35i AT Command SET simens cellular engines version 00.01．2003,1.

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