基于SMS的遠程家電控制終端的設計

于明軍

（赤峰學院物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古赤峰024000）

基于SMS的遠程家電控制終端的設計

于明軍

（赤峰學院物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古赤峰024000）

隨著電子技術與通信技術的發(fā)展，利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡資源完成遠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單片機和西門子公司GSM模塊TC35i設計了一個簡易的遠程家電控制終端.利用此終端，可以在上班時遙控家里的電飯鍋做飯、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，并給出了軟件實現(xiàn)流程.此設計裝置結構簡單、傳輸可靠，稍做改進即可應用于多種需要遠程交互的場合.

遠程控制；SMS；單片機；GSM短信模塊

1 引言

隨著電子技術與通信技術的發(fā)展，智能家居引起了人們的廣泛關注，如何利用現(xiàn)有的資源實現(xiàn)家用電器的智能化控制，形成現(xiàn)實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)絡作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡，可以方便的實現(xiàn)各類工程應用，例如，無線數(shù)據(jù)的傳送、遠程檢測和控制等.通常開發(fā)中應用較多的無線傳輸業(yè)務有：專用的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務；GPRS業(yè)務和SMS短信息業(yè)務三種.GSM數(shù)據(jù)業(yè)務實時性和可靠性最高，只是需要申請專用GSM數(shù)據(jù)通道，所以成本也最高；GPRS業(yè)務高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠在線特點，配合按流量收費的資費方式，使GPRS通信有較高的性價比；但是需要與網(wǎng)絡主機相連，使得系統(tǒng)機動性不好.如果利用點對點的通信方式便增加了開支.另外，即使可以實現(xiàn)點對點的透明傳輸，利用單片機提取有效信息也困難，會增加系統(tǒng)的開發(fā)難度.所以，它更適用于利用PC機作為數(shù)據(jù)處理中心的遠程數(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，SMS（Short Message Service）短信息服務通過服務中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，在GSM終端（手機）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.而對于家電遠程控制這種實時性不強，數(shù)據(jù)流量較小，而且傳輸頻數(shù)小的情況最適合應用SMS業(yè)務進行系統(tǒng)開發(fā).由于GSM網(wǎng)絡具有網(wǎng)絡能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，同時，它對用戶的數(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，維護費用高，且網(wǎng)絡監(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，為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設備的通信提供了一個強大的支持平臺.

2 總體設計方案

本題目旨在設計一種由GSM模塊構成的遠程家電控制終端，通過GSM模塊接收信息并利用單片機識別接收到的信息，進行遠程的家電控制.在控制系統(tǒng)中，本設計采用的短信通信模塊為西門子工業(yè)級GSM模塊TC35i，MCU使用了Atmel公司的At89S52單片機，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存儲器，32個可編程I/O口線，三個16位定時器/計數(shù)器，八個中斷源，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卡構成了一個短信收發(fā)模塊，控制人員可以利用任意手機或利用網(wǎng)絡，向GSM模塊的SIM卡中發(fā)送短信，單片機則利用AT指令定時從GSM模塊存儲器中讀取短消息的內(nèi)容，并與預先存儲在單片機數(shù)據(jù)存儲器中的特定指令字符串比較，相同則執(zhí)行對應的控制指令，不同則丟棄.每當讀取有效的控制短消息后，單片機將再通過AT指令控制GSM模塊回復一條短信，表明操作成功.GSM模塊與單片機系統(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，單片機同樣利用串行口通過軟件程序中的AT指令對GSM模塊進行操作.

3 系統(tǒng)硬件接口設計

GSM模塊采用的是西門子工業(yè)級短信模塊TC35i，它可以快速安全地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務.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.它設計緊湊，大大縮小了產(chǎn)品體積，與GSM2／2+兼容，符合ETSI標準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，向用戶提供標準的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，由單片機上電啟動，也可由手動啟動.18,19引腳與單片機的串行口相連接，單片機通過串行口傳輸AT指令，實現(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，實現(xiàn)SIM卡和模塊的信息交換.

圖3 單片機接口電路

單片機選用了Atmel公司的At89S52單片機，此圖為本系統(tǒng)設計的最小系統(tǒng)，包含了復位和晶振電路.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)通或移動的通用SIM卡.將卡座焊接到GSM模塊上，使用時，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機上調(diào)試通過后，利用串口下載到單片機中，由于單片機使用的電平為TTL電平，而PC串口使用232電平，所以相互通信時需要電平的轉(zhuǎn)換電路.TC35i提供了標準的232串口，單片機與GSM短信模塊通信同樣用到此電平轉(zhuǎn)換電路.

圖6 E2PROM擴展接口電路

由于單片機內(nèi)部有8Kflash，此處又利用I2C總線形式擴展了一塊8K的E2PROM存儲器，為程序和數(shù)據(jù)的存儲提供更大的空間，有利于功能的擴展.另外，穩(wěn)定可靠的電源設計是保障TC35I模塊正常工作的關鍵.單片機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)軟件接口設計

MCU通過UART串行接口直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，就可以方便簡潔地實現(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)動支持；而用于中英文短信息傳送應使用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)送和接收比較簡單.在此，我們應用此方式.我們將相應的控制命令均預先規(guī)定為固定的字符串，例如：“cook”（啟動電飯鍋），“nocook”（切斷電飯鍋電源）等，當執(zhí)行完控制操作后，單片機控制GSM模塊向原號碼發(fā)送“OK”.

單片機利用定時器定時，每隔5秒鐘對GSM模塊中存儲的短消息讀取一次，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)行相應指令并回復信息.與此同時，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)錯誤.軟件主流程圖如圖7所示：

圖7 軟件主流程圖

5 結語

本文利用單片機和GSM短消息模塊設計了一個簡易的遠程家電控制系統(tǒng)，并給出了設計的硬件電路和軟件流程.當然，家電的擺放一定是空間上離散的.為了適應多家電控制，可以在終端利用單片機控制無線模塊與具體家電聯(lián)系，在小范圍內(nèi)實現(xiàn)統(tǒng)一控制.另外，基于短消息傳輸?shù)奶攸c，使得它在監(jiān)控防盜、報警等應用場合也會有所用途，而傳輸頻數(shù)較高時運行成本會有所增加，實時性要求較高、數(shù)據(jù)出數(shù)量較大的場合則不能滿足要求.

〔1〕郭志源.基于AT89S52的遠程報警和控制系統(tǒng)機械研究與應用.2007（10）：106—108.

〔2〕胡漢才.單片機原理及其接口技術（第二版）.清華大學出版社，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.

TP872

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1673-260X（2010）11-0072-03