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1、浙江理工大学学报,第 26 卷,第 3 期,2009 年 5 月Journal of Zhejiang Sc-i Tech UniversityVol.26,No.3,May 2009文章编号:1673-3851(2009)03-0391-04收稿日期:2008-10-09基金项目:浙江省新苗计划项目(2007G60G2060017)作者简介:高 强(1986-),男,山东枣庄人,硕士研究生,主要从事嵌入式系统方面的研究。基于 GSM的家用电器及家居环境监控系统的设计高 强,秦 伟,倪知丰,黄文兴,陈淑敏,姚 青(浙江理工大学信息电子学院,杭州 310018)摘 要:设计了一个基于 GSM 的
2、家用电器及家居环境监控系统。系统主要由 GSM 模块 TC35i、红外接收头、51 单片机、DS1820温度传感器等构成。先通过红外接收头解析家电遥控器红外控制码,学习该遥控器;当系统中GSM 模块接收到来自用户的短信时,系统解析出用户预控制家电的信息后,再通过红外发射管将对应的控制代码发射出去,从而达到监控家用电器的目的;通过温度传感器采集家居环境温度信息,当出现异常温度时可通过 GSM 模块向用户手机实施报警。实验证明本系统运行稳定,符合设计要求。关键词:GSM 模块;51 单片机;红外接收头;遥控器;温度传感器;家用电器中图分类号:T P368.2 文献标识码:A0 引 言目前的家用电器
3、远程控制系统一般是通过互联网或公共交换电话网来实现远程控制的。然而,随着手机日益普及,使得利用 GSM 短信息实现家居环境和家电的远程监控成为可能。它相对于电话远程控制方式而言,摆脱了电话线对设备的束缚;相对于电脑远程控制而言,降低了设备和使用成本。利用 GSM 网络来实现家居安防、温室、路灯、自动售货机等监控的研究已很多 1-6,这些研究大都是通过使用 GSM 网络远程控制继电器而实现的。而本文设计的基于 GSM 的家用电器及家居环境监控系统主要是针对目前许多带有红外遥控器的家用电器(如热水器、空调、电视、机顶盒等),通过 GSM 网络和对家用电器遥控器的复制来实现家用电器的控制。1 系统工
4、作原理基于 GSM 的家用电器及家居环境监控系统,由作为上位机的能收发短信的 GSM 短信模块、智能控制器(单片机)、温度传感器和作为下位机的具有红外遥控器的家用电器(如热水器、空调、电视、机顶盒等)组成。首先系统进行初始化,单片机从键盘读入用户所设定的温度上限值和发送报警短信的目标号码,并通过LCD 显示器显示出来。当单片机检测到用户按下红外学习键,则进入红外线学习中断服务程序,读取外部家电遥控器发射的红外信号,并将该红外信号解码,重定义码长,分组,保存,从而学习该遥控器 7-8。初始化工作完成后,单片机循环读取温度传感器 DS1820 数值,并将用户事先设定的温度上限值与之比较,一旦发现当
5、前温度超过温度上限,则控制 GSM 模块 TC35i 通过 GSM 网络向用户手机发送报警短信。同时,单片机循环查询串口是否收到信息,如果收到就将信息读入单片机,解析出短信中的内容是要求单片机向家用电器发送何种指令,并将代表该指令的红外信号通过红外发射管发射出去,从而控制家用电器。该系统框图见图 1。图 1 系统方框图2 系统硬件设计基于 GSM 的家用电器及家居环境监控系统主要以 AT 89S52 单片机为智能控制中心,4 4 键盘和1602LCD 显示器作为人机交互设备,GSM 通信模块选用 T C35i,DS1820 温度传感器用于温度采集;通过HS0038B 红外接收头接收红外信号,完
6、成红外信号的解调与放大;同时,利用 AT89S52 单片机 P1.0 口的方波发生器功能构成了红外信号的调制装置,并使用红外 LED 作为红外发射装置。2.1 GSM 模块与单片机的连接GSM 模块 T C35i 是 3.3 V CMOS 元器件,要求对电源的启动电流超过 2 A,启动电压达到 4.2 V。因此,采用最大能提供 3 A 电流的电源芯片 LM2596。T C35i 的 1 5脚接 LM2596 的电源输出管脚,6 10 脚接地,25 27 脚与 SIM 卡相连接。为了能显示 T C35i 的工作状态,在 32 脚接一个 LED 指示灯到地。TC35i 启动之后就可以通过单片机由串
7、口发送数据和命令到 T C35i,T C35i 的波特率是自适应的,这里采用9600 的波特率,只要将 T C35i 的 RXD 和 T XD 分别和单片机的 TXD 和 RXD 相连接就可以了。电路图见图 2。图 2 TC35i与单片机的连接2.2 红外接收头与单片机的连接红外接收头 HS0038B 是一个集成解调、滤波、放大等功能的红外接收芯片,它将调制在 38 kHz 方波上图 3 红外接收头 HS0038B 与单片机的连接的红外信号解调出来,并通过 OUT 管脚将方波输出。HS0038B平时输出高电平,当有遥控信号输入时,其输出为高低电平脉冲,故接收时一个码由一个低电平后跟一个高电平构
8、成。利用不同长短高低电平的组合,可构成不同的码。在本系统中将使用中断的方式读取红外信号,因此将 HS0038B 的 OUT 管脚与单片机的外中断 0相连接。HS0038B与单片机的连接见图 3。3 系统软件设计TC35i 可以发送中文短信或英文短信,本系统使用中文短信格式即 PDU 格式。先将短信的相关信息做到一个 PDU 数据包里,该包的开头是短信中心号码。其后的是目标手机号码,该号码是将实际电话号码相392 浙 江 理 工 大 学 学 报2009 年 第 26 卷邻的奇数位与偶数位对调最后加 F 得到。如原手机号码为 12345678901,按上述方法得到 2143658709F1。然后是
9、该号码的长度 0D,中国国家接入码 91,译码方式 00,编码方式 08,再往后是短信在信息中心保留时间,一般选择保存 10 天,即A0。最后分别是短信内容长度和短信内容。如要发送/火警0,则短信长度为 4个 表 1 常用 AT指令表ASCI 码指令功能手机回答AT 回车握手OKAT E简化显示OKAT+CMGR=X 回车读取第 X 条短消息短消息内容AT+CMGF=0 回车用 PDU 格式AT+CMGF=0 回车AT+CMGD=X 回车删除第 X 条短消息AT+CM GD=X 回车AT+CMGS=6回车发送短消息的字节数AT+CMGS=6 回车16 进制为 04,/火警0经过 unicode
10、 码转换程序转换得到 16 进制数据为 706B 8B66。这样整个 PDU 数据包的内容就是:0011000D91682143658709F130008A004706B8B66。单片机对 TC35i 所有的控制都是通过串口发送 AT 指令进行的,TC35i 的每一个动作都对应了一个AT 指令,而且每一个指令之后都要有一个回车符以告诉 TC35i 该条命令已经发完。一些常用的 AT 指令如表 1。当 UDP 数据包打好后,要对 T C35i 进行联机并通过 TC35i 发送短信。首先通过串口发送代表联机的指令 AT,然后设定 TC35i 发送 UDP 格式的短信,其次将该 PDU 数据包的长度
11、发给 T C35i,接着将做好的PDU 发送给 T C35i,最后在后面加上 ctrl+z 的 ASC 码 0 x1A 和回车的 ASC 码 0 x0D。这样一条中文短信就发送出去了,发送短信程序流程见图 4。图 4 发送短信流程图红外线遥控器所发射的红外信号的信息是以不同时长的高低电平来表示的。以 NEC 编码为例,从 9 ms 高电平开始,以 4.5 ms低电平结束的是前导码;从 0.56 ms 高电平开始,以 0.56 ms 低电平结束的是0码;从 0.56 ms 高电平开始,以1.69 ms低电平结束的是1 码。而由于 HS0038 红外接收头接收红外信号之后将把红外信号取反,因此高低
12、电平延迟时间正好相反。所以一旦红外接收头的输出信号引发外中断,延时 9 ms 之后如果单片机从输入脚读到低电平则说明这是引导码,系统需要启动红外码采集程序:先延时4.5 ms放掉引导码的低电平,再延时 0.56 ms,放掉第一个码的低电平部分,最后延时 0.8 ms,读输入管脚的电压,如果为低,则说明该信号为 0 码,将其保存,并使累加器加一,如果为高,则说明该信号为 1码,将其保存,并把累加器加一。依次类推循环 32 次后就是整个红外信号的编码。图 5 红外解码流程图根据上述思路,开启 1 中断,并设置其为下降沿触发,同时开启T0 定时计数器,并设置其为 16 位重装计时器。一旦红外接收头收
13、到红外信号就会引起单片机的 1 号中断,随即进入中断服务子程序,在中断服务子程序中关闭计数器并将计数器中的数值记录下来;然后,判断该数值是否在 0 码、1 码或前导码的时间范围内,如果是,则将该数值记入存储区。以此类推,当记录完 32 个码后,所有红外信息已经记录完毕。程序流程图见图 5。红外遥控信号的发射需要将代表红外信号的高低电平调制在一个 38 kHz 的方波上通过红外 LED 发射出去,因此一方面通过编程单片机 T2 定时器的 T2MOD 和 T 2CON 两个寄存器,使 T 2 工作在可编程方波发生器模式下,在 P1.0 口输出 38 kHz 的方波,另一方面依据 NEC 编码的格式
14、通过延时程序在 P1.4 口产生代表红外信号的不同时长的高低电平。两个 IO 口输出的信号在与门上相与就将红外遥控信号调制在了 38 kH z的方波上。393第 3 期高 强等:基于 GSM 的家用电器及家居环境监控系统的设计4 结 语GSM 作为公用陆地移动通信网,具有其他通信方式所不可比拟的优越性,它通信范围广、传输数据可靠性高、短消息业务经济实惠,是远程无线数据传输系统比较好的一种数据传输方式。基于 GSM 的家用电器及家居环境监控系统,充分利用了现有的 GSM 网和相关的成熟技术,由单片机、GSM 模块 T C35i、红外接收装置和温度传感器等构成的移动终端,可以很好地完成短信息的收发
15、,适合远程控制带有红外遥控器的家用电器,并可及时报告家中的火警信息。实验证明,本系统可以成功地对华为 C3100 机顶盒、科龙 KFR-26GW/ND1 空调、及长虹 CHD29300电视机进行远程控制。随着手机的普及,本系统具有较好的推广前景和实用价值。参考文献:1 乔 渠,赵国豪,魏葆华.基于 GSM 技术的家居安防系统设计J.电子工程师,2006,32(11):76-78.2 句荣辉.基于短信息的温室生态健康呼叫系统J.农业工程学报,2004,20(3):226-228.3 时 伟.基于 GSM 短信息通信方式的路灯无线监控系统J.安徽电子信息职业技术学院学报,2006,5(2):85-
16、86.4 裘 迅.基于 GSM 之 SMS 的中央空调系统设计与实现 J.苏州市职业大学学报,2005,16(3):64-66.5 沈兆军,毛 敏.利用 GSM 短信息业务实现智能家居 J.微计算机信息,2006,10(3):211-213.6 赵政宁.一款基于 GSM 的自动售货机无线监控系统的实现J.电子元器件应用,2006,8(10):28-31.7 方 宏.自学习红外遥控器的设计与实现J.电子工程师,2003,29(4):32-33.8 谭宝成.多路自学习红外控制器的研制J.西安工业学院学报,2001,21(4):297-299.Design and Realization of El
17、ectrical Appliancesand Home Monitor System Base on GSMGAO Qiang,QI N Wei,NI Zhi-f eng,H UAN G Wen-x ing,CH EN Shu-ming,YA O Qing(School of Information and Electronics,Zhejiang Sc-i T ech University,Hangzhou 310018,China)Abstract:An electrical appliances and home monitor system based on GSM was desig
18、ned.T his systemmainly consists of GSM module TC35i,infrared receiving chip,singlechip and temperature sensor.First-ly,this system parses the infrared code of infrared telecontroller through infrared receiving chip to copythis infrared telecontroller.T hen,once the GSM module receives SMS,this syste
19、m parsed this messagewhich user sends for controlling electrical appliance and then sends corresponding infrared code through in-frared LED;Otherwise,this system can acquire temperature data of home through temperature sensor.Ifdetecting an abnormal temperature,this system would send a message to userps cell phone by GSM modemfor alarm.T he result shows that this system is steady and satisfied design demand.Key words:GSM module;singlechip;infrared receiving chip;telecontroller;temperature sensor;electrical appliances(责任编辑:陈和榜)394 浙 江 理 工 大 学 学 报2009 年 第 26 卷