基于SMS的汽車遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)設(shè)計

薛新躍+劉子龍

摘 要：基于SMS的汽車遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，使用TC35I模塊將用戶手機(jī)和STC89C52微控制器聯(lián)系起來，通過手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制溫度傳感器模塊和繼電器模塊等外設(shè)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)短信對汽車發(fā)動機(jī)、空調(diào)以及車門的遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)汽車車門、發(fā)動機(jī)、空調(diào)的遠(yuǎn)程控制，具有實(shí)時、方便、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，克服了無線GPRS信號控制系統(tǒng)對手機(jī)GPRS信號的要求，實(shí)現(xiàn)了人、車、手機(jī)之間的互聯(lián)互通。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制；TC35I；STC89C52；DS18B20；繼電器

DOIDOI：10.11907/rjdk.162406

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2016）012-0053-03

0 引言

汽車不僅僅是一個代步工具，便捷、自在、品質(zhì)、品味的全方位要求已經(jīng)成為選購汽車必須考慮的因素。隨著無線通信技術(shù)、信息傳感技術(shù)的日漸成熟，智能家居技術(shù)給日常生活帶來了極大的便利和享受。本文將智能家居理念引用到汽車上，為汽車控制系統(tǒng)設(shè)計提供思路[1]。2010年上汽推出incarNet，標(biāo)志著 2010 年成為中國汽車信息化元年。汽車智能控制系統(tǒng)發(fā)展很快，控制方式多樣化，如zigbee、can總線、GPRS等。然而，這些控制方式都有控制距離短或?qū)PRS信號要求高的弊端，不能做到隨時隨地、隨心所欲地控制[2]。本文控制系統(tǒng)通過發(fā)送手機(jī)短信到GSM模塊，對接收到的信息通過微控制器將控制信號發(fā)送給外設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)車主對汽車的控制，克服了其它系統(tǒng)對信號限制的弊端。該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)汽車的遠(yuǎn)程發(fā)動機(jī)啟停、空調(diào)控制、車門控制等操作，不管人在哪里，只需一個短信就能實(shí)現(xiàn)人和汽車的互聯(lián)互通。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸部分和控制部分組成。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸部分由用戶手機(jī)、TC35I通信模塊和手機(jī)SIM卡組成；控制部分由STC89C52微處理器、DS18B20溫度傳感器、繼電器 組成，如圖1所示。

工作原理：汽車短信智能控制系統(tǒng)內(nèi)置手機(jī)SIM卡，車主發(fā)送手機(jī)短信到智能控制系統(tǒng)，GSM模塊接收到控制短信后將短信內(nèi)容自動轉(zhuǎn)換為AT指令，通過串口通信方式將控制信號傳輸?shù)轿⒖刂破鲉卧猄TC89C52，微控制器識別該控制信號后，執(zhí)行下列控制活動[4]：①采集DS18B20測得的溫度數(shù)據(jù)，通過短信方式反饋給車主手機(jī)；②控制繼電器開關(guān)打開或關(guān)閉車門；③控制繼電器開關(guān)開啟發(fā)動機(jī)，汽車點(diǎn)火啟動；④控制繼電器開關(guān)打開或者關(guān)閉空調(diào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由以TC35I為核心的GSM無線模塊、STC89C52為核心的微控制器模塊、DS18B20溫度檢測模塊、電源模塊以及繼電器模塊組成。

2.2 微控制器模塊設(shè)計

微控制器模塊主要完成與GSM模塊之間的通信，可對接收到的短消息進(jìn)行解釋并執(zhí)行相應(yīng)控制，同時還可對外部信息進(jìn)行處理并對外部設(shè)備實(shí)施控制。系統(tǒng)采用宏晶公司研發(fā)的STC89C52單片機(jī)。STC89C52具有抗干擾性強(qiáng)、超低功耗等特點(diǎn)，內(nèi)置8KB字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，4KB EEPROM，全雙工串行口，3個16位定時器/計數(shù)器，看門狗定時器，具有系統(tǒng)編程和應(yīng)用編程功能，無需專門的仿真器和編程器，給設(shè)計帶來極大便利。

2.3 溫度采集模塊設(shè)計

溫度采集使用濟(jì)南清風(fēng)電子公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該溫度計體積小、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)恒溫控制。

DS18B20采用獨(dú)特的單線接口，只需一個接口引腳即可完成通信。測量范圍為-55℃～125℃，增量值為0.5℃，可在1秒內(nèi)把溫度變?yōu)閿?shù)字信號[3]，溫度采集模塊電路如圖2所示。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器有3個接口：GND接地、VDD接電源模塊+5V輸出端、DQ連接微控制器的P33接口。DS18B20采用單總線控制方式，DQ信號線不僅傳送時鐘信號，還可以傳送數(shù)據(jù)信息，而且數(shù)據(jù)信息可以雙向傳輸。將采集到的溫度送入單片機(jī)進(jìn)行處理，無需AD轉(zhuǎn)換。車主需要遠(yuǎn)程獲取車內(nèi)信息時，只需發(fā)送提前設(shè)定好的短信wendu到GSM模塊，GSM模塊通過串口將信息傳遞到微控制器單元。微控制器識別后發(fā)送指定格式短信wendu：36到車主手機(jī)，從而獲得車內(nèi)實(shí)時溫度。

2.4 GSM無線模塊設(shè)計

GSM模塊主要完成接收并發(fā)送控制短信指令，并通過RS232串口實(shí)現(xiàn)和微控制器模塊的雙向通信。考慮到模塊的驅(qū)動能力、穩(wěn)定性、功耗以及性價比等因素，系統(tǒng)GSM模塊選用西門子公司的TC35I模塊。

TC35I是德國SIEMENS（西門子）公司的一款支持中文短信息的雙頻900/1800MHZ工業(yè)級GSM模塊。該模塊具有功耗低、體積小、重量輕的特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無線電話以及無線POS終端等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。它支持EGSM900和GSM1800雙頻段，數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真，采用RS232串口通信（雙向數(shù)據(jù)傳輸）；供電電壓為3.3V～5.4V，可由微控制器的單片機(jī)直接供電。TC35I模塊與微控制器單元和電源模塊電路連接圖如圖3所示。

GSM模塊TC35I內(nèi)置SIM卡，可接收和發(fā)送短息，同時TC35I通過RS-232串口和微控制器模塊相連，實(shí)現(xiàn)信息從車主手機(jī)到微控制器的傳遞。接收控制指令時，車主手機(jī)發(fā)送指定的控制信息到TC35I內(nèi)置手機(jī)卡。TC35I使用AT指令將PDU信息發(fā)送到微控制器。微控制器識別短信，實(shí)施相應(yīng)的控制指令，如溫度測量、繼電器開關(guān)等。AT指令見表1，指令包括握手連接、網(wǎng)絡(luò)注冊、短信模式、發(fā)送短信、讀取短信、刪除短信等?？刂浦噶顚?shí)施完成后，通過RS-232串口發(fā)送相應(yīng)的反饋短信到TC35I，然后再通過AT指令發(fā)送該短信到用戶手機(jī)。通過信息的雙向傳輸，實(shí)施控制指令并得到實(shí)施結(jié)果的反饋信息。

2.5 繼電器模塊設(shè)計

繼電器模塊由達(dá)林頓管芯片ULN2003和多個RSR-05VDC-SL繼電器組成。ULN2003可以給7個繼電器提供驅(qū)動，同時具有高耐壓、大電流的特點(diǎn)。該模塊由單片機(jī)I/O口發(fā)出控制信號，通過ULN2003放大后驅(qū)動繼電器，從而達(dá)到控制汽車點(diǎn)火開關(guān)、空調(diào)開關(guān)以及車門開關(guān)的作用。

繼電器模塊電路接線圖如圖4所示。

ULN2003的輸入端連接微處理器的P20、P21、P22、P23、P24數(shù)字輸出接口，輸出分別連接控制發(fā)動機(jī)、汽車門鎖、空調(diào)電源、空調(diào)制冷開關(guān)和空調(diào)制熱開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)微處理器對汽車的控制。

其中，對汽車空調(diào)的控制有別于汽車發(fā)動機(jī)和車門?？照{(diào)開啟之前，汽車發(fā)動機(jī)要處于啟動狀態(tài)，因此執(zhí)行啟動空調(diào)時，將先啟動發(fā)動機(jī)。該問題可在程序中解決。

2.6 電源模塊設(shè)計

電源為單片機(jī)、TC35I模塊、繼電器提供各自所需電壓。穩(wěn)定可靠的電源設(shè)計是TC35I模塊穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。單片機(jī)的正常供電電壓為5V，TC35I供電電壓為4.2V。如果TC35I模塊的電壓超過4.8V，模塊會自動關(guān)閉；同時要求最大電流為2.5A，最大壓降為0.4V，這就要求電源模塊內(nèi)阻和線路電阻必須小于160m。為了達(dá)到上述要求，采用兩片LM2576穩(wěn)壓芯片，輸入電壓為12V，輸出電壓為5V和4.2V，分別向微控制器模塊和GSM模塊供電。電源模塊電路連接如圖5所示。

3 系統(tǒng)功能與程序設(shè)計

3.1 系統(tǒng)工作流程

汽車正常行駛時，該系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)汽車熄火、車門鎖住時，該系統(tǒng)自動上電，完成初始化。這時如果接收到車主手機(jī)發(fā)送的指令，該短消息會被TC35I模塊接收，并通過串口將信息傳送給STC89C52微控制器模塊。微控制器對該信息進(jìn)行分析處理，并控制外設(shè)執(zhí)行相應(yīng)操作。操作成功時通過TC35I模塊發(fā)送短消息到車主手機(jī)[5]。系統(tǒng)工作流程如圖6所示。

3.2 GSM無線模塊程序設(shè)計

GSM無線模塊以TC35I為核心。微控制器通過AT指令，控制GSM模塊和用戶手機(jī)之間的通信。在微控制器的程序中預(yù)存好相應(yīng)的AT指令PDU碼，以實(shí)現(xiàn)向用戶手機(jī)發(fā)送中文短信。接收用戶發(fā)來的數(shù)字和字母組成的短消息采用TEXT模式，將短消息傳送至微處理器模塊，微處理器通過程序識別短消息，并控制外設(shè)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。短消息的收發(fā)都是通過AT指令實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)AT指令見表1。

4 結(jié)語

由于覆蓋范圍廣、費(fèi)用低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，短消息控制成為無線遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的有效解決方案。本文提出的以TC35I為核心的汽車短信遠(yuǎn)程控制模塊，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)證，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確、快捷地完成相應(yīng)控制任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中商情報網(wǎng). 全球智能家居行業(yè)發(fā)展前景分析[EB/OL]. http：//www.askci.com/news/201309/22/221023133764.shtml.

[2] 北京智研咨詢有限公司.2014-2019年中國汽車制造市場深度調(diào)查及投資前景研究報告[EB/OL].http：//www.chyxx.com/research/201409/282319.html.

[3] 曹偉瑩，王玉皞.基于GSM短信模式的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].通信與信息系統(tǒng)，2012（12）：158-161.

[4] 袁立，田亮.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表用戶，2010（4）：64-69.

[5] 李健.基于GSM/GPS的車載防盜報警定位系統(tǒng)[D].太原：中北大學(xué)，2014.

（責(zé)任編輯：杜能鋼）