基于GSM的智能熱水器控制系統(tǒng)設計

陶衛(wèi)平黎遠洋羅 孟（.欽州學院電子與信息工程學院，廣西 欽州 535000；.欽州學院，廣西 欽州 535000）

基于GSM的智能熱水器控制系統(tǒng)設計

陶衛(wèi)平1黎遠洋1羅 孟2
（1.欽州學院電子與信息工程學院，廣西 欽州 535000；2.欽州學院，廣西 欽州 535000）

文章研究利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡，設計一種基于GSM的熱水器遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)對家庭熱水器的遠程控制。

AT89C52單片機；DS18B20；GSM模塊；溫度檢測

目前生活中，很多熱水器都是手動控制，不能進行遠程控制。本系統(tǒng)主要研究通過GSM網(wǎng)絡和單片機的控制，完成在遠程終端對家庭熱水器進行智能化控制操作，使人們在不在現(xiàn)場的情況下開啟熱水器，既避免了等待，又減少了能源過多消耗的浪費，方便了人們的生活。GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程控制成本、信號穩(wěn)定性、使用便利性和維護等方面都具有很大的優(yōu)勢，有很大的發(fā)展前景。

1 總體方案設計

1.1 GSM模塊

本設計用單片機控制GSM模塊控制遠程加熱器，整個系統(tǒng)由GSM模塊、微處理器模塊、加熱模塊、電源模塊和外圍模塊組成。

1.2 無線通信模塊

系統(tǒng)的前提是使用短信方式，簡單、經(jīng)濟、方便使用的實用性系統(tǒng)，而不是需要聯(lián)網(wǎng)才能進行使用的GPRS通信模塊，如SIM300T和MC35等系列模塊。綜合使用價值、經(jīng)濟實用等方面原因，本系統(tǒng)選擇TC35作為系統(tǒng)的無線通信模塊。

1.3 控制單元模塊的選擇

基于成本和性能等方面的考慮，本系統(tǒng)選擇 STC89C52模塊。

1.4 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)的實現(xiàn)只要是，利用STC89C52控制TC35無線模塊進行遠程通信。手機通過讀取TC35接收到的短信內(nèi)容從而在通過信息數(shù)據(jù)控制相應的外部繼電器進行工作，達到控制加熱器的目的。

圖1所示為系統(tǒng)遠程端系統(tǒng)框圖：

圖1 系統(tǒng)遠程端框圖

系統(tǒng)由STC89C52單片機主控，TC35作為無線通信模塊，繼電器組控制加熱器，DS18B20溫度傳感器作為溫度采集，電源模塊提供模塊的電源供應。

2 系統(tǒng)硬件設計

硬件系統(tǒng)包括單片機模塊、電源模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、GSM模塊?，F(xiàn)對其中的部分電路進行介紹。

2.1 指示燈電路

TC35有一個同步信號腳SYNC，該腳是一個同步信號輸出端，該腳輸出的信號，反應了模塊的工作情況。本系統(tǒng)在該端通過一個三級管接入 LED 燈，接法如圖 2所示。LED燈受到該腳信號控制，可以顯示TC35模塊運行的狀態(tài)。

圖2 指示燈電路

（1）LED 燈熄滅時：表示TC35處于關閉、休眠、報警或者充電狀態(tài)二；

（2）LED燈600ms亮/600ms暗：表示SIM卡沒有插入，或者正在搜索網(wǎng)絡，或者正在認證用戶，或者正在注冊網(wǎng)絡；

（3）LED燈75ms亮/3S暗：表示已經(jīng)注冊上網(wǎng)，處于待機狀態(tài)二；

（4）LED燈75ms亮/75ms暗/75ms亮/3S暗：表示一個或多個GPRS文件被激活二；

（5）LED 燈閃爍：表示 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸，當GPRS數(shù)據(jù)傳輸時，在交換一個數(shù)據(jù)包后，LED燈將會在一秒內(nèi)點亮。閃爍的持續(xù)時間約為0.5秒。

2.2 SIM卡電路

TC35模塊的SIM卡座采用的是Molex座，該座有8個管腳，而TC35模塊的SIM管腳只有6個管腳。其它的接口分別對應于TC35的5個管腳，SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35的同名端直接相連。

圖3 SIM座接口電路圖

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件主要包括串口程序、短消息程序、水溫采集程序和加熱程序。本系統(tǒng)軟件采用了前后臺的設計方式，前臺系統(tǒng)是主程序，后臺是由所有的中斷服務程序，如串口接收中斷服務程序，定時器中斷服務程序等功能模塊組成。程序主要由三部分代碼組成：啟動與初始化、水溫監(jiān)控、遠程開啟與控制。

3.1 串口程序設計在本系統(tǒng)中，串口與GSM模塊接口，串口程序主要包括初始化和中斷服務程序兩個部分。

3.1.1 串口初始化程序

串口初始化程序主要包括初始化和中斷服務程序兩個部分。下面為初始化程序。

Ini_UART(void)//串口初始化、定時器初始化

{

SCON = 0x50 ; //SCON∶ serail mode 1, 8-bit UART, enable ucvr

//UART為模式1，8位數(shù)據(jù)，允許接收

TMOD |= 0x21; //TMOD∶ timer 1, mode 2, 8-bit reload

//定時器1為模式2,8位自動重裝

PCON |= 0x80 ; //SMOD=1;

TH1=0xFA ; //Baud∶19200 fosc="11".0592MHz

TL1=0xFA;

TH0=(65536-50000)/256; //(65536-50000)/256,50ms定時

TL0=(65536-50000)%256;

IE |= 0x90 ; //Enable Serial Interrupt

TR1 = 1 ; // timer 1 run

TR0=0; //開啟T0定時器

ET0=1; //允許T0定時器中斷

EA=1;

TI=1;

ES=1;

}

通過上面的程序可以看出，只要設置相應的寄存器就可以設置串口工作的參數(shù)。在上面的程序中，串口的通信率為19200波特/秒。

3.1.2 中斷服務程序

串口進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收處理時，采用中斷服務程序來實現(xiàn)，下面為具體的中斷服務程序。

void ser() interrupt 4

{

if(RI==1)

{

aa[j]=SBUF;//命令存到命令數(shù)組RI=0; //軟件清除接收中斷

j++;

}

}

在上面的中斷服務程序中，為了與其他程序進行數(shù)據(jù)交互，使用全局緩沖區(qū)來實現(xiàn)，例如“aa[j]”等。

3.2 短消息程序設計

在本系統(tǒng)中，單片機通過串口向 GSM模塊發(fā)送相應的

AT命令來實現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。

短消息可以是按照TEXT模式或者PDU模式發(fā)送，具體采用哪種模式發(fā)送短消息，需要根據(jù)系統(tǒng)的需要來決定。

基于TEXT模式的發(fā)短信代碼簡單，實現(xiàn)十分容易，只要把電話號碼和發(fā)送內(nèi)容封裝好就可以，但是最大的缺點就是不能發(fā)送中文短信；而PDU模式不僅支持英文內(nèi)容，也可以發(fā)送中文短信?；赑DU模式的實現(xiàn)要稍微復雜一點，由于PDU數(shù)據(jù)包有具體的幀結(jié)構，因此必須按照PDU的數(shù)據(jù)包格式進行封裝數(shù)據(jù)[4]。

在PDU數(shù)據(jù)包的幀結(jié)構中，“SMSC”字段為短消息中心的地址；“PDU類型”指明數(shù)據(jù)包的類型；“MR”協(xié)議識別號；“DCS”為短消息的編碼格式。對于數(shù)字或者字符采用編碼值為“00”，如果內(nèi)容是漢字，則采用的編碼值為“08”，采用的是“UNICODE”編碼方式。在該系統(tǒng)中采用的字符編碼方式為：“VP”表示短消息的有效時間；“UDL”表示數(shù)據(jù)內(nèi)容的長度；“UD”為具體的短消息的內(nèi)容，在 PDU數(shù)據(jù)包里面，所有的數(shù)字是以字符形式發(fā)送的。

3.3 溫度采集程序設計

本系統(tǒng)使用DS18B20進行溫度采集，其代碼如下：void read_temperture()

{

DS18B20_Reset(); //設備復位

DS18B20_Writeuchar(0xCC); //跳過ROM命令

DS18B20_Writeuchar(0x44); //開始轉(zhuǎn)換命令

while (!DQ); //等待轉(zhuǎn)換完成

DS18B20_Reset(); //設備復位

DS18B20_Writeuchar(0xCC); //跳過ROM命令

DS18B20_Writeuchar(0xBE); //讀暫存存儲器命令

TPL = DS18B20_Readuchar(); //讀溫度低字節(jié)

TPH = DS18B20_Readuchar(); //讀溫度高字節(jié)

symbol=TPH&0xf8; //判定符號

temp=(TPH&0x07)*256+TPL;

temp=temp*0.0625*100;

}

3.4 加熱程序設計

本系統(tǒng)使用三極管控制續(xù)電器控制加熱，其代碼如下：

if(temp＞5500) //如果溫度大于55度，繼電器關，發(fā)短信一次

{

JIDIANQI=1;

if(flag0==1)

{

write_str( 3,0, "中文短信【..】") ;

send_pdu();

write_str( 3,0, "中文短信【OK】") ;

flag0=0;

flag1=1;

}

}else //循環(huán)保溫狀態(tài)

{

if(flag1==1)

{

JIDIANQI=0;

}

}

從程序中可以看到，當溫度達到55度之后停止加熱。

4 實物操作說明與測試

4.1 操作說明

連接好硬件以把SIM卡插入到GSM的卡槽上，打開電源開關，單片機液晶上顯示GSM初始化過程，稍等待初始化成功，可以進行一下操作。

（1）通過打電話或者發(fā)送K1短信內(nèi)容給GSM模塊，熱水器系統(tǒng)進行加熱。

（2）發(fā)送K0短信內(nèi)容給GSM模塊，熱水器系統(tǒng)停止加熱。

（3）當溫度達到55℃時，熱水器系統(tǒng)停止加熱，并發(fā)送短信內(nèi)容到手機上。

4.2 實物測試測試儀器：手機一部，SIM卡兩張熱水器系統(tǒng)的測試結(jié)果如表1所示。

表1 熱水器系統(tǒng)的測試記錄表

由上表格數(shù)據(jù)可以知道該系統(tǒng)能正常工作。

[1] 徐文斌,孫廣大,黃健,等.基于單片機的智能家居遠程控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術,2012(2)∶473-475.

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[5] 李海生.基于 GSM短消息的遠程監(jiān)測系統(tǒng)[D].秦皇島∶燕山大學,2005.

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GSM -based control system of the water heater

Based on the existing GSM network, this paper designs a kind of remote control system of water heater based on GSM.

AT89C52 MCU; Ds18B20; GSM module; temperature detection

TP924;TP18

A

1008-1151(2016)10-0015-03

2016-09-10

2015年度廣西高等教育本科教學改革工程項目（2015JGA371）；2015年度國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201411607003）。

陶衛(wèi)平（1981－），女（壯族），廣西欽州人，欽州學院電子與信息工程學院講師，工程碩士，研究方向為信息化教學技術、多媒體技術。