参考资料-基于GSM网络的家电控制平台设计(418)

1基于GSM网络的家电控制平台的设计杨虹蒋龙唐笑谋王珊珊（重庆邮电大学光电工程学院，重庆400065）摘要：介绍了基于GSM网络的家电控制平台的工作原理及部分硬件设计方案。以单片机STC12C5A60S2为微控制器，利用GSM模块TC35结合超再生无线通信模块，初步设计出一种家电的远程控制平台。系统能实现对空调、电灯、电饭煲的远程开关，为实际商用打下坚实基础。该设备运行成本低、操作方便、具有一定扩充性。关键词：GSM，单片机，远程控制，超再生DesignofthehouseholdappliancecontrolplatformbasedonGlobalSystemforMobileCommunicationYangHong,JiangLong,TangXiaoMou,WangShanShan（CollegeofElectroningEngineering，ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications，Chongqing400065，P.R.China）Abstract:ThisnoteintroducestheworkingprinciplesofhouseholdappliancecontrolplatformbasedonGSMandpartsofhardwaredesign.Aremotehouseholdappliancecontrolplatformwasdesignedpreliminarily.ThesystemusesSCMSTC12C5A60S2asamicro-controllers,containingofGSMmoduleTC35andChaoZaiShengwirelesscommunicationmodule.Systemcanrealizetheremoteswitchofaircondition,lamp,ricecookerandlayasolidfoundationforitspracticalbusinessuse.Thedevicerunslow-cost,easytooperate,withexcellentextensibility.KeyWords:GSM,SCM,RemoteControl,ChaoZaiSheng1引言*随着全球移动通信系统GSM网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发应用已经提到十分重要的位置。短消息服务业务作为GSM网络的一项基本业务，已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务在机房监控、远程维护系统的应用，移动性数据查询证券交易和信息查询、数据采集系统的应用等各个领域得到了广泛的发展。GSM调制解调器的出现可以说给GSM的发展又一次注入了新的活力，而基金项目：重庆邮电大学大学生创新实验项目（编号：14）单片机则在嵌入式系统中得到最为广泛的应用。系统主要由单片机、GSM模块和超再生电路组成。充分利用GSM网络的远距离无线传输优势以及单片机强大的数据处理能力，将其整合形成以短信的形式控制家电的智能化设备。2硬件结构及工作原理2.1系统核心部分系统组成如图1所示。以单片机作为系统CPU，负责完成对各个模块的控制动作，信息的采集及通信数据的处理。超再生电路实现近距离信号的无线传输功能，最多可实现对531441路超再生接收模块的控制。TC35模块建立无线GSM网络信道，通过GSM网接收和发送短消息。2图（1）系统功能图2.2单片机电路设计CPU采用STC12C5A60S2单片机，具有高速\低功耗\超强抗干扰能力的特点。该单片机支持双串口模式，分别连接TC35和MAX232的RS-232通讯接口，可到达简化系统电路设计的目的。MAX232芯片主要实现电平转换功能，每块芯片具有两路电平转换接口。芯片主要完成电脑、单片机、TC35之间的串口通信。图（2）单片机及MAX232电路2.3超再生电路部分为达到对室内不同区域的家电进行控制，设计了一个短距离的无线发送和接收模块，采用PT2262/PT2272编码解码芯片。通过前期实验证实该电路完全可以实现信号发送模块对安放在不同位置的信号接收模块的控制功能。PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码17脚串行输出。使用单片机对其进行地址编码。图（3）超再生电路具体过程是编码芯片PT2262发出的编码信号：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT226不会接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅[4]。电路连接如图3所示，通过单片机的P0.2口完成对PT2262的地址的编码，控制和它地址码相同的解码芯片。单片机的P1.1口模拟按键，当TC35收到短信，单片机完成短信解释后将P0.23口设置不同电平，然后P1.1置高电平即模拟按键按下，PT2262通电开始工作，通过超再生发射模块发送信号。PT2272收到信号解码完成后开启继电器，从而完成远程控制家电电源的开断动作。2.4TC35简介及接口电路设计TC35是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、短消息服务功能。图（4）TC35接口电路模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。TC35模块的工作电压为3.3—5.5V。TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35i的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。TC35有40个引脚这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制，通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输[1,5,6]。关于该模块的具体功能和工作方式以及编程过程请参照参考文献[1]。基于本系统要求，只使用了该模块的短信功能。接口电路如图4所示，TC35的启动引脚接单片机P1.5口，由单片机发出大于100ms的低电平启动该模块。RXD和TXD接单片机相应引脚实现数据的串口通信。24~29引脚与SIM卡对应脚相连接[1]。2.5系统电源设计系统使用到的电源有12V、5V、4.2V，最大电流可达2A。采用12VDC输入，根据系统对电流电压的要求选取三端稳压芯片LM7805和电源管理芯片AOZ1014分别为其提供恒定的5V和4.2V电压。3软件部分利用KEIL编程软件对单片机进行编程实现串口的数据采集、处理及传输功能。软件部分主要包括无线网络通信、超再生电路的编码等[2,3]，图5是单片机的软件流程图。图（5）系统流程图系统上电后单片机即启动TC35模块并完成初始化，开始等待短信到来，当有短信时，单片机通过串口读取数据并和程序内部事先设置好的短信内容比对，如果和控制命令相符合，单片4机开始对PT2262进行编码，经过超再生电路发送信号，接收信号后PT2272完成解码开启继电器完成控制家电的功能。4系统其他改进方案通过市场调研，本课题组对系统设计提出如下改进措施：软件上可利用c++等语言编写一个程序软件，提供给用户一个可操作界面自行设置不同的短信内容来控制家用电器；硬件结构上将系统分为上位机和下位机两个部分。上位机实现短信接收、解读和回复系统，同时向下位机发送控制指令，并可以接收下位机的回复信息。下位机接收主机发来的控制指令，单片机解读指令后控制继电器的闭合或者断开，执行后向上位机回复，表示指令执行完毕，上位机接着向控制人回复信息，实现人机互动功能。另外该平台属于远程控制类设备，存在一定的安全因素，可能会发生电器因某些未知原因引起火灾等事故而无人在现场的情况，使用户财产受到不必要的损失。可在此基础上加装烟雾传感器，一旦家中发生安全事故，设备会通过短信告知用户从而减小财产损失。改进方案实现了人机互动功能，安全性和实用性更好。5结束语本系统是我校大学生创新性实验项目的部分研制结果，处于初步研制阶段，虽然能简单完成对几款家电的远程控制，但与实际商用尚有很大的差距。短信控制家电只是GSM网络其中的一个基本应用，稍加改进就可在各种远程控制类设备中发挥巨大作用。短消息业务还具有覆盖范围广，价格便宜的优势，随着GSM的发展，尤其是如今中国3G业务的逐渐开展，建立在短消息服务上的远程控制系统会变得更具有发展和应用前景。参考文献：【1】Siemens.TC35/TC37技术手册.【2】谭浩强.Ｃ++程序设计.北京:清华大学出版社,2006.【3】李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.【4】21IC中国电子网http//【5】陆爱明.基于TC35模块的无线接入终端设计,电子产品世界,2005.【6】周艳丽，魏宗寿.利用TC35i和PC机实现短消息的发送,现代电子技术2007.杨虹（1966-），男，教授，主要研究方向为电子学与通信。