陳立剛，馮偉偉，周智穎，陳　碩，臧恒科，張昌平，馬國(guó)利

（濱州學(xué)院 光電信息工程研究中心，山東 濱州　256603）

基于Android客戶端GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)

陳立剛，馮偉偉，周智穎，陳碩，臧恒科，張昌平，馬國(guó)利

（濱州學(xué)院 光電信息工程研究中心，山東 濱州256603）

利用Android平臺(tái)客戶端GSM短信模塊，結(jié)合51系列單片機(jī)及溫濕度傳感器采集并發(fā)送數(shù)據(jù)信息，通過(guò)TC35I模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了具有多功能的遠(yuǎn)程可控澆花。系統(tǒng)分為一款A(yù)PK軟件和一項(xiàng)智能操控的澆花硬件，具有將單片機(jī)與GSM短信模塊通訊方式轉(zhuǎn)為后臺(tái)服務(wù)、不受空間限制的指控操作和獲取實(shí)時(shí)信息等功能。該系統(tǒng)為現(xiàn)代化家居提供更為便利的服務(wù)，具有一定的推廣價(jià)值。

Android客戶端；SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)；TC35I；無(wú)線通信

目前，隨著當(dāng)今社會(huì)節(jié)奏的加快，越來(lái)越多的商務(wù)人士疲于各種出差應(yīng)酬，很少有時(shí)間能夠照顧辦公室或者家中的盆栽植物，所以開發(fā)一款遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)勢(shì)在必行。伴隨運(yùn)營(yíng)商大力推廣手機(jī)3G/4G業(yè)務(wù)，各類客戶端應(yīng)用逐一興起，其中Android擁有更大的市場(chǎng)需求量[1]。隨著單片機(jī)與GSM通信（Global System for Mobile Communication，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的理論方法提出，為智能化家居提供了更大的發(fā)展空間[2]。澆花系統(tǒng)主要有近程單片機(jī)方式、WiFi控制方式等，但都需要用戶編輯既定格式繁雜的內(nèi)容進(jìn)行指定的澆水操作，且僅能實(shí)現(xiàn)有限距離范圍的控制，更存在嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò)的缺陷，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到限制[3-9]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了基于Android客戶端GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)并成功組建，以APK（AndroidPackage，Android安裝包）方式代替用戶可視界面應(yīng)用，只需點(diǎn)擊即可完成，將上述指令問(wèn)題轉(zhuǎn)為后臺(tái)服務(wù)，使得系統(tǒng)不僅能夠通過(guò)短信控制遠(yuǎn)在千里甚至萬(wàn)里之外的澆花硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)澆花功能，而且能方便的依據(jù)簡(jiǎn)冊(cè)溫度和濕度選擇實(shí)時(shí)澆花以及周期澆花。

1　總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大模塊。如圖1所示，系統(tǒng)包括手機(jī)端、TC35I模塊、51單片機(jī)、繼電器、溫濕度傳感器和澆花工具。界面發(fā)送指令至TC35I模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過(guò)串口發(fā)送至51單片機(jī)，使用時(shí)需要進(jìn)行握手認(rèn)證。再由單片機(jī)根據(jù)指令判斷驅(qū)動(dòng)繼電器工作幫助澆花組件完成單次或周期性澆3花工作及返還溫濕度信息。單片機(jī)通過(guò)兩根I/O端口控制TC35I的開關(guān)機(jī)、復(fù)位等，通過(guò)串口與TC35I進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。從而完成多個(gè)信息傳輸，實(shí)現(xiàn)APK的多功能化。

2　軟件設(shè)計(jì)

2.1UI的功能定義

系統(tǒng)客戶端是作為用戶和系統(tǒng)交互的集合。該客戶端的基本功能如下：?jiǎn)未螡不?、周期澆花、獲取信息和主機(jī)認(rèn)證。利用UI（User Interface，用戶界面）可定義控件完成繪制、數(shù)據(jù)和控制3大要素。首頁(yè)以UI TableView展示。

界面分4類功能：

1）單次/周期澆花：通過(guò)控件實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)控制端的通話，已達(dá)成基本功能。

2）獲取信息：利用UI label控件顯示用戶所需信息。

3）認(rèn)證主機(jī)：為避免多個(gè)終端控制，設(shè)置認(rèn)證功能以確定控制端編號(hào)。

4）修改：用戶可通過(guò)此端修改已認(rèn)證的控制信息。

圖1　系統(tǒng)總體方案Fig.1　General system formula

2.2SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

SQLite是一款嵌入式的輕型數(shù)據(jù)庫(kù)，是遵守ACID關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它的占用資源非常低，處理速度快與其他數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎和編譯器指揮數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行為系統(tǒng)提供擴(kuò)展空間。

下面以部分單次周期澆花程序?yàn)槔斒觯?/p>

根據(jù)主控單片機(jī)和TC35I模塊的通信變換設(shè)計(jì)總執(zhí)行程序，如圖2。

圖2　軟件設(shè)計(jì)的流程圖Fig.2　Flow chart the software design

3　硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)分為三大模塊：AT89C51單片機(jī)主控模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊和動(dòng)作執(zhí)行模塊，如圖3。

3.1系統(tǒng)主控模塊

系統(tǒng)主控模塊的作用是通過(guò)由P0-P2引腳連接的各個(gè)模塊完成數(shù)據(jù)整合并反饋到界面。通過(guò)在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接頻率為11.0592MHz的晶體諧振器，再利用芯片內(nèi)部的振蕩電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，RESET為復(fù)位輸入端。在該引腳輸入2個(gè)機(jī)器周期的高電平，將使得單片機(jī)復(fù)位。

3.2數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊用于溫濕度信息顯示和客戶端信息采集/發(fā)送。由GSM模塊和溫濕度傳感器顯示模塊構(gòu)成。

1）GSM短信模塊

采用GSM短信功能，可以使控制達(dá)到“零距離”，可以取代傳統(tǒng)的無(wú)線遙控[2]。TC35I模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35I的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。

SIM100是一款集成完整的射頻電路和基帶處理器的雙頻模塊，為模塊通訊提供完備的數(shù)據(jù)接口。利用實(shí)現(xiàn)單片機(jī)執(zhí)行客戶端命令的向?qū)ё饔?。?dāng)用該模塊輸入、輸出引腳TXD和RXD通過(guò)單片機(jī)P3.0/P3.1建立通訊連接時(shí)，需要基于RTS0傳輸握手信號(hào)。

2）溫濕度傳感器及顯示模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個(gè)電阻式感濕原件和一個(gè)NTC測(cè)溫軟件，并通過(guò)單片機(jī)P1.7雙向I/O端口與單片機(jī)進(jìn)行通信，將所采集的信息處理轉(zhuǎn)換由12864LCD顯示屏輸出。12864LCD是一種極低功耗的顯示器，具有清晰度高，信息量大等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的是由點(diǎn)陣字符液晶顯示器件和專用的驅(qū)動(dòng)器、控制器、結(jié)構(gòu)件等裝置配成的字符型液晶顯示模塊（LCM）。利用LCM的8位數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)P0.0～P0.7雙向I/O端口聯(lián)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集監(jiān)測(cè)。

圖3　系統(tǒng)總電路原理圖Fig.3　Circuit diagram of system

3.3裝置執(zhí)行模塊

裝置執(zhí)行模塊的作用是執(zhí)行由單片機(jī)發(fā)出的指令，是系統(tǒng)的可視應(yīng)用模塊。分為按鍵模塊和抽水泵模塊。模塊由按鍵和發(fā)光二極管組成，一端接地，一端接單片機(jī)P1.1、P1.2接口，由程序?qū)崿F(xiàn)液晶顯示的控制。抽水泵模塊的作用是驅(qū)動(dòng)電磁閥，使得繼電器閉合從而控制抽水灌溉功能。如圖8所示電路一端接地，一端接+5 V電源VCC，一端接到單片機(jī)P3.7引腳接收指令。

4　實(shí)測(cè)分析

利用在實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行效果驗(yàn)證，取得很好的效果。如圖4示，通過(guò)lxeplayer錄像器完成對(duì)演示的數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)初始化啟動(dòng)時(shí)界面顯示認(rèn)證密碼已確認(rèn)系統(tǒng)是否為一對(duì)一操作，顯示認(rèn)證成功，此時(shí)已完成主機(jī)認(rèn)證，開始瀏覽和實(shí)施功能，考慮到周期與單次可能具有重復(fù)性，在開啟周期后進(jìn)入單次界面設(shè)置有提醒，利用操作日志記錄系統(tǒng)的工作任務(wù)和完成情況。在實(shí)際操作中分別監(jiān)測(cè)了單次澆花、周期澆花、剩余水量和溫度采集等有關(guān)系統(tǒng)信息。以周期澆花為例說(shuō)明系統(tǒng)執(zhí)行的工作完成情況，在后臺(tái)周期指令發(fā)出后對(duì)應(yīng)控制抽水泵的出水量為1 000 ml，持續(xù)10 s，與設(shè)置相符。澆水完成后在界面顯示反饋剩余水量及溫度，保障周期任務(wù)下花卉的生長(zhǎng)環(huán)境，完整的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可行性。

圖4　測(cè)試界面圖Fig.4　Interface chart of the test system

5　結(jié)　論

文中提出了基于Android客戶端和GSM短信模塊的遠(yuǎn)程澆花系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求完成單次/周期澆花、獲取花卉的溫濕度信息，完備的界面化可視操作精簡(jiǎn)了單片機(jī)與GSM模塊的人工指令操作。系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的單片機(jī)澆花系統(tǒng)更具有快捷優(yōu)勢(shì)，硬件設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采用低功耗設(shè)計(jì)使系統(tǒng)工作時(shí)間更長(zhǎng)。

系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試效果良好，為現(xiàn)代化家居提供更為便利的服務(wù)，具有一定的推廣價(jià)值。

[1]黃曉沛，白健恩.基于Android智能終端的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通信，2014（8）:40-41.

[2]李杰，吳學(xué)英.用單片機(jī)控制GSM模塊的一種方法[J].電子世界，2004（11）:23-24.

[3]趙麗，張春林.基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，22（6）:650-664.

[4]雷忠誠(chéng)，胡文山，鄔靜陽(yáng).基于Web的3D智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（9）:114-117.

[5]王清清，李曉勇，余強(qiáng)國(guó).基于Android手機(jī)終端的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].中國(guó)科技信息，2013（12）:98-98.

[6]劉書倫，馮高峰.基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（6）:217-220.

[7]高凱.基于Android手機(jī)平臺(tái)的多媒體短信系統(tǒng)的研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015（16）:59-61，64.

[8]董濤，李隱峰，范星光.基于Android的移動(dòng)校園客戶端的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技，2014（12）:77-80.

[9]王珍珍，張慶磊，王傳剛，等 基于Qt的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技，2015（8）:149-152.

System of watering in distance based on GSM SMS module on android client

CHEN Li-gang，F(xiàn)ENG Wei-wei，ZHOU Zhi-ying，CHEN Shuo，ZANG Heng-ke，ZHANG Chang-ping，MA Guo-li
（Department of Optical Engineering，BinZhou University，Binzhou 256603，China）

The system of watering in distance is designed by using the client of Android platform of GSM SMS module，combining 51Microcontroller with the temperature and humidity sensor to collect、send、and process the data with TC35i module.It can be divided into a APK software and a hardware for the intelligent control.The system can transform the communication between the 51Microcontroller and the GSM SMS Module into a background service，and there is no space limit to obtain the information on time.It can provide more convenient service for the modern life and would be popularized widely.

android Client；SQLite；TC35i；wireless communication

TN929-53

A

1674－6236（2016）01-0165-04

2015-04-22稿件編號(hào)：201504251

國(guó)家自然科學(xué)基金（41201368）；山東省高?？蒲邪l(fā)展計(jì)劃（J14LJ02）；濱州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013ZC0401）；濱州學(xué)院科研項(xiàng)目基金項(xiàng)目（2013Y09）

陳立剛（1977—），男，山東德州人，博士，副研究員。研究方向：光電技術(shù)、偏振遙感，儀器測(cè)量與環(huán)境檢測(cè)。