林承華 覃青生

(福建工程學院 電子信息與電氣工程系，福建 福州 350014)

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，信息技術越來越廣泛應用，遠程無線控制將成為今后發(fā)展趨勢，不僅將被廣泛應用于輸電線路，高壓設備，飛機控制等領域，而且還將滲透到家用電器等日常生活中［1］［2］。傳統(tǒng)有線控制由于距離限制，不易及時操作，大大降低了效率，消耗了人力物力。本文以GSM(Global System of Mobile communication)全球移動網(wǎng)絡作為信息傳輸平臺，以單片機89S52芯片作為微處理器，設計了一個可實現(xiàn)短消息遠程控制家電及其他電器設備的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)設計的總的方案如圖1，由GSM模塊TC35、單片機89S52、時鐘DS1320，測溫元件DS18B20，繼電器控制電路及其外圍電路構成?？蓪崿F(xiàn)以下三個功能:

(1)控制電器設備的開/關動作。只要用戶端對系統(tǒng)的繼電器發(fā)指定的短信口令，單片機89S52就會準確判斷由GSM模塊傳來信號，對其要求控制繼電器發(fā)出命令，繼電器就會動作，從而控制電器設備開關，并向用戶端發(fā)回成功開啟的短信。

(2)系統(tǒng)可以實時對周圍環(huán)境溫度實行監(jiān)測，當系統(tǒng)檢測到溫度超過設定值后，就會向遠方已設定用戶端的手機發(fā)警報短信，系統(tǒng)自身也會亮警報燈并發(fā)出警報聲音，提醒所在地人員注意。當發(fā)出警報后，系統(tǒng)還會自動關掉其控制的電器設備電源。

(3)系統(tǒng)上設有LCD顯示屏，系統(tǒng)能顯示時間，時間的年月日、時分秒、星期都可以顯示，并能調(diào)節(jié)。還設有溫度顯示，顯示實時溫度。另外，系統(tǒng)還可以顯示TC35注冊是否成功，發(fā)來短信口令要控制哪一個電器設備，其次，還可以顯示有火險的信息。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

1.1 單片機89S52

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，帶有8K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲器。Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

1.2 GSM 模塊 TC35

GSM網(wǎng)絡經(jīng)過移動通信部門的多年建設，覆蓋范圍已相當大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡，這使得LED信息顯示屏系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡來進行數(shù)據(jù)傳輸成為可能。常用的GSM模塊有 TC35、TC35I、MC35、MC35I。本系統(tǒng)采用 TC35 系列模塊，此模塊是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務SMS(Short Message Service)和傳真。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU(Protocol Data Unit)模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。通過獨特的40引腳的 ZIF(Zero Insertion Force)連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接 SIM 卡支架和天線［3，4］。

TC35外圍電路主要由電源電路、IGT(Ignition)啟動電路、數(shù)據(jù)通信電路、和SIM卡電路組成［5］。其中IGT信號對于TC35控制是非常重要，只有正確的IGT信號才可以使TC35正常運行。系統(tǒng)加電后，為使TC35進入工作狀態(tài)，必須給IGT(15腳)加一個延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不可超過1ms。驅(qū)動IGT時，TC35供電電壓不能低于3.3V，否則TC35不能激活。另外對于SIM卡電路，基帶處理器集成了一個與ISO 7816-3 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(tài)。但是目前移動運營商所提供的SIM卡均無CCIN引腳，所以在設計電路時將引腳CCIN與CCVCC相連。

1.3 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

DSl8B20數(shù)字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，因為每一個DSl8B20在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20可以存放在同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件，DSl8B20的測量范圍從-55到+125，增量值為0.5，可在1s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字，每一個DSl8B20包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DSl8B20內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。

1.4 時鐘芯片 DS1302

D51302時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘/日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個將被訪問到。在開始8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達248字節(jié)數(shù)。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 主程序設計

本系統(tǒng)上電以后完成了對AT89S52和TC35的初始化工作以及循環(huán)等待短消息的到來，一旦確認短消息的到來，AT89S52主控單元將調(diào)用各個子函數(shù)對短消息的內(nèi)容進行一系列的轉化處理，然后在LCD顯示屏上顯示。主程序的流程圖如圖2所示。

2.2 SMS的發(fā)送與接收

單片機89S52一直循環(huán)查詢是否有新短信來，如果一旦查詢到有“SM”就表示有新的短信到來，這時判斷是否有新短信來到的標志位會置‘1’。標志位置‘1’后，單片機就會發(fā)送AT指令“AT+CMGR=1”讀取短信的內(nèi)容，然后把短信的代碼存放到固定的數(shù)組當中。當接收完短信的代碼后，單片機再發(fā)送AT指令“AT+CMGD=1”到TC35刪除短信，這時標志位會置‘0’，然后又繼續(xù)檢測是否有新的短信。

2.3 TC35 的AT指令

圖2 主程序流程圖

TC35模塊通過AT命令與AT89S52通信。任何一個TC35首次使用時，必須要測試其工作是否正常，由于其自帶RS232接口，所以我們要用PC機的串口調(diào)試軟件調(diào)試。設置波特率為19.2KBps，這是TC35的默認波特率，首次連機也可從2.4K～57.6KBps不斷測試，直到TC35應答。GSM移動電話有三種接口協(xié)議控

制SMS功能，分別為 Block Mode(阻塞模式)、Text Mode(ASCII模式)、PDU Mode(二進制模式)。PDU模式是以16進制編碼傳輸消息塊的接口協(xié)議，在此模式中，短消息(包括短消息的頭部分)都是經(jīng)過16 進制編碼的，只有 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F這些字符是允許的。短消息的 Unicode是一種統(tǒng)一字符編碼標準，采用雙字節(jié)對字符進行編碼，漢字的十六進制PDU編碼直接采用漢字的Unicode編碼，由于漢字的編碼是十六位的，當中英文出現(xiàn)在同一短消息的時候，中文每個漢字是十六位的，但是字母和數(shù)字是八位的編碼，這時統(tǒng)一采用十六位編碼，也就是在八位的ASCII碼前面補0。61H是“a”的ASCII碼，補齊+六位后的Unicode編碼為0061H。

2.4 部分程序代碼

3 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析

3.1 實時時間和溫度的測試

系統(tǒng)運行后，首先檢測TC35是否已連上網(wǎng)絡，顯示注冊成功。后顯示時間和溫度。顯示測試結果，時間調(diào)試結果，溫度測試結果如表1，表2，表 3:

表1 顯示測試結果

表2 時間調(diào)試結果

表3 溫度測試結果 單位:℃

經(jīng)過測試，系統(tǒng)正常運行。

3.2 發(fā)送短信控制繼電器的測試

TC35正確裝入SIM卡，設置卡的號碼為13799XXXXXX。系統(tǒng)設置的用戶端短信口令是:發(fā)“一”，燈1亮，用戶端收到“成功開啟”;發(fā)“二”，燈2亮，用戶端收到“成功開啟”;發(fā)“三”，燈3亮，用戶端收到“成功開啟”;發(fā)“四”，全滅，用戶端收到“成功關閉”。系統(tǒng)上電后，就可以運行。測試結果如表4:

表4 發(fā)送短信控制繼電器的測試

經(jīng)過測試，系統(tǒng)運行結果均符合要求。

3.3 火災報警的測試

為了證明本系統(tǒng)可以遠距離火災報警，用戶終端設置卡的號碼為13799XXXXXX，接收系統(tǒng)發(fā)出的短信，短信內(nèi)容為“火險警報”。系統(tǒng)設置當溫度≥40℃報警，此時報警燈亮，蜂鳴器工作，LCD顯示內(nèi)容“火險”。測試結果如表5:

表5 火災報警的測試

經(jīng)過測試，系統(tǒng)功能能成功實現(xiàn)。

4 結束語

本系統(tǒng)采用基于GSM網(wǎng)絡SMS數(shù)據(jù)業(yè)務的單片機系統(tǒng)作為無線遠程控制解決方案具有很強的現(xiàn)實意義。目前，GSM網(wǎng)絡使用非常廣泛，基本上覆蓋了所有有人居住的地區(qū)。本系統(tǒng)采用的SMS數(shù)據(jù)業(yè)務，使用簡單，費用很少。所以整個系統(tǒng)具有獨立、可移動、基本不受地域限制、維護方便、投資和運營費用少等優(yōu)點。同時，系統(tǒng)提高了控制效率，減少了管理人員的勞動強度，方便了人們的生產(chǎn)生活，從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。

［1］孫增雷，黃俊年，孫敏，等.基于GSM的遠程報警系統(tǒng)的研制［J］.武漢理工大學學報，2008，30(6):122-125.

［2］陳文明，陳新華.基于GPRS的信息家電遠程控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.青島大學學報，2008 ，21(2):66-69.

［3］韓斌杰等.GSM原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化 第2版［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［4］吳玉田，王瑞光，鄭喜鳳，肖傳武.GSM模塊TC35及其應用［J］.計算機測量與控制，2002:557-560.

［5］潘斌，郭紅霞.短信收發(fā)模塊TC35i的外圍電路設計［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2004，(07):38-41.