基于GSM模塊的智能控制系統(tǒng)*

鄧彬偉，余世安

(1.湖北理工學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北黃石435003;2.諾亞舟教育控股有限公司，廣東 深圳518112)

目前的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或公共交換電話網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的。然而，隨著手機(jī)日益普及，使得利用GSM短信息實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境和家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。它相對(duì)于電話遠(yuǎn)程控制而言，擺脫了電話線對(duì)設(shè)備的束縛;相對(duì)于電腦遠(yuǎn)程控制而言，降低了設(shè)備和使用成本。利用GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)家居安防、溫室、路燈、自動(dòng)售貨機(jī)等監(jiān)控的研究已很多，這些研究大都是通過(guò)使用GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制繼電器而實(shí)現(xiàn)的［1-3］。而本文設(shè)計(jì)的基于GSM模塊的智能控制系統(tǒng)主要是針對(duì)目前許多帶有紅外遙控器的家用電器(如熱水器、空調(diào)、電視、機(jī)頂盒等)，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)和對(duì)家用電器遙控器的復(fù)制來(lái)實(shí)現(xiàn)家用電器的控制。

1 89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介

89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合［4］。

89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線。89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求［4］。

2 TC35i模塊簡(jiǎn)介及其工作原理

TC35i從功能上看主要由四部分構(gòu)成:GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源部分和FLASH存儲(chǔ)器。GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，它由一個(gè)C166CPU和一個(gè)DSP處理器內(nèi)核控制模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過(guò)程。GSM射頻部分是一個(gè)單片收發(fā)器SMARTi，它由一個(gè)外差式的接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器、一個(gè)射頻鎖相環(huán)路和一個(gè)全集成中頻合成器4個(gè)功能塊組成，共同完成對(duì)射頻信號(hào)的接收和發(fā)送等處理。GSM模塊電流變化非常大，空閑時(shí)電流小于3.5 mA，而在通話期間電流最大可達(dá)2.3 A，這就對(duì)供電電路提出了較高的要求。GSM模塊電源ASIC部分使用線性電壓調(diào)節(jié)器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進(jìn)行穩(wěn)壓處理后供GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用，此外它還輸出一個(gè)2.9 V/70 mA的電壓供模塊外的其他電路使用，GSM射頻部分的功率放大器對(duì)電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓Vbatt+。Flash用來(lái)存儲(chǔ)一些用戶(hù)配置信息、電話本和其他信息［5，6］。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)包含TC35i模塊電路，溫度傳感器電路，紅外接收及發(fā)射電路，聲音報(bào)警電路，鍵盤(pán)及顯示器電路六個(gè)部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體框圖

基于GSM模塊的智能控制系統(tǒng)主要以AT89C52單片機(jī)為智能控制中心，4×4鍵盤(pán)和1602LCD顯示器作為人機(jī)交互設(shè)備。GSM通信模塊選用TC35i，DSl820溫度傳感器用于溫度采集;通過(guò)HS0038B紅外接收頭接收紅外信號(hào)，完成紅外信號(hào)的解調(diào)與放大;同時(shí)，利用AT89S52單片機(jī)P1.0口的方波發(fā)生器功能構(gòu)成了紅外信號(hào)的調(diào)制裝置。并使用紅外LED作為紅外發(fā)射裝置。

3.2 硬件電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路主要根據(jù)系統(tǒng)功能模塊的需求來(lái)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中需要注意以下幾點(diǎn)。

(1)對(duì)于TC35i的模塊控制，IGT信號(hào)非常的重要，只有正確的IGT信號(hào)才可以使得TC35i模塊正常的運(yùn)行。啟動(dòng)電路由開(kāi)漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10 ms后(電池電壓須大于3 V)，為保證整個(gè)系統(tǒng)正常啟動(dòng)，要求在電源加電時(shí)IGT必須保持大于100 ms的低電平信號(hào)后且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。

電源通電后，+5 V電源通過(guò)電阻R對(duì)C充電，使電容正極上的電壓慢慢上升，大約經(jīng)過(guò)100 ms達(dá)到高電位使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)、使系統(tǒng)被復(fù)位。硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 MSP430與SCA103T通信端口連接圖

(2)GSM模塊與PC機(jī)通訊時(shí)需注意串口電平，也就是需要MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后通訊。而GSM模塊與單片機(jī)通訊時(shí)則要摘去MAX232，防止MAX232對(duì)串口進(jìn)行干擾。

(3)顯示部分采用封裝尺寸較小的LCD1602，在調(diào)試電路時(shí)要注意使用電位器調(diào)好LCD的對(duì)比度，可通過(guò)3號(hào)腳進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示:

圖3 主程序框圖

這里對(duì)主程序發(fā)短信部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這里串口RXD、TXD與TC35i模塊直接相連，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。進(jìn)入主程序先進(jìn)行串口初始化，然后與TC35i模塊聯(lián)機(jī)，也就是發(fā)送AT指令。若返回OK則表明聯(lián)機(jī)成功。然后再設(shè)定發(fā)送短信的模式及短信長(zhǎng)度。

4 小結(jié)

GSM作為公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)，具有其他通信方式所不可比擬的優(yōu)越性，它通信范圍廣、傳輸數(shù)據(jù)可靠性高、短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，是遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)比較好的一種數(shù)據(jù)傳輸方式?；贕SM模塊的智能控制系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)和相關(guān)的成熟技術(shù)，由單片機(jī)、GSM模塊TC35i、紅外接收裝置和溫度傳感器等構(gòu)成的移動(dòng)終端，可以很好地完成短信息的收發(fā);適合遠(yuǎn)程控制帶有紅外遙控器的家用電器，并可及時(shí)報(bào)告家中的火警信息。

［1］薛棟梁.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:水利水電出版社，2001:1－200.

［2］李鴻.用單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29(1):24 －26.

［3］Siemens AG.SMS with the SMS PDU Mode［M/CD］.Version 1.2IC.tom.

［4］陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2004:50－140.

［5］馬潮.嵌入式GSM短信息接口的軟硬件設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003(7):21－24.

［6］劉紅娟，徐菲，沈大偉，等.基于GSM模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.電子測(cè)試，2011(8):72－74.