胡 芳

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫機(jī)電分院 江蘇無(wú)錫 214000

1 設(shè)計(jì)背景

在手機(jī)、電話與計(jì)算機(jī)這些簡(jiǎn)單快捷的通信工具遍布全球的今天，大多數(shù)家庭依舊設(shè)置信報(bào)箱。對(duì)信報(bào)箱的使用，存在兩種截然不同的態(tài)度。一種是以老年人居多，可能正好在等信或者等報(bào)紙，盼望心切，一天可能會(huì)開(kāi)幾次信報(bào)箱；與此相反，另一種是以年輕人居多，不訂報(bào)紙，也不寫(xiě)信，覺(jué)得不會(huì)有信，就從來(lái)不開(kāi)信報(bào)箱，然而可能哪天恰恰來(lái)一封通知，就會(huì)錯(cuò)過(guò)。因此，如果在信報(bào)箱內(nèi)裝一個(gè)系統(tǒng)，在書(shū)信或者報(bào)紙投入信報(bào)箱后，自動(dòng)向信報(bào)箱主人的手機(jī)發(fā)送短信，提醒主人來(lái)取信報(bào)，這樣可以減少無(wú)效開(kāi)箱的次數(shù)，并提醒主人及時(shí)開(kāi)箱取信。

2 系統(tǒng)原理

隨著科技的發(fā)展，能給特定的手機(jī)打電話、發(fā)短信或者遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能家居已經(jīng)越來(lái)越多，將智能化應(yīng)用到生活中是發(fā)展趨勢(shì)［1］。

信報(bào)箱提示系統(tǒng)主要應(yīng)用在獨(dú)立用戶的一對(duì)一通信情況下，目前全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）是應(yīng)用最廣泛、覆蓋面最廣、穩(wěn)定性最高的通信系統(tǒng)，因此選擇GSM作為通信媒介，來(lái)發(fā)送報(bào)信的短消息［2］。

根據(jù)用途要求，信報(bào)箱提示系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

3 系統(tǒng)組成

信報(bào)箱提示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，系統(tǒng)由傳感器、控制芯片、通信模塊、電源模塊和顯示模塊等組成。

3.1 傳感器

在信報(bào)箱底部最里側(cè)放置一個(gè)傳感器，此傳感器一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)感應(yīng)到信報(bào)箱中有信件或報(bào)紙時(shí)，發(fā)出信號(hào)至控制芯片。傳感器的感應(yīng)范圍應(yīng)該是比較小的，最大感應(yīng)值應(yīng)能夠調(diào)節(jié)為傳感器位置至信箱門(mén)這段距離，否則傳感器會(huì)因感應(yīng)到信箱門(mén)外的無(wú)關(guān)動(dòng)作而發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。

根據(jù)以上要求，筆者選擇了感應(yīng)范圍為2～50 c m的漫反射光電開(kāi)關(guān)傳感器。

圖1 信報(bào)箱提示系統(tǒng)工作流程

圖2 信報(bào)箱提示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

這一傳感器型號(hào)為E18-D80 NK［3］，是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，檢測(cè)距離在3～80 c m之間可調(diào)，為PNP常開(kāi)型，響應(yīng)時(shí)間短于2 ms，電源為5 V，輸出端外加一個(gè)1 kΩ阻值的上拉電阻就可以連接到單片機(jī)的輸入輸出口上。當(dāng)控制芯片判斷端口有低電平時(shí)，延時(shí)10 ms，再次判斷以避免有干擾信號(hào)。當(dāng)判斷結(jié)果還是低電平時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始響應(yīng)。

3.2 控制芯片

信報(bào)箱提示系統(tǒng)對(duì)控制芯片的性能要求不高，只要求能接收傳感器信號(hào)，并輸出信號(hào)使通信模塊發(fā)送短消息，并且能接收信報(bào)箱主人所回發(fā)的關(guān)閉系統(tǒng)信號(hào)。很多信號(hào)控制芯片都能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，出于成本及節(jié)能考慮，采用基礎(chǔ)入門(mén)級(jí)且應(yīng)用最廣的51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制芯片，型號(hào)確定為AT89C51。

AT89C51單片機(jī)是一款低電壓、高性能互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）8位單片機(jī)，內(nèi)含4 KB可擦除只讀存儲(chǔ)器［4］，器件采用AT MEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，具備標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及引腳結(jié)構(gòu)。

3.3 通信模塊

信報(bào)箱提示系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)向信報(bào)箱主人發(fā)送提示短信的功能，就離不開(kāi)通信模塊。筆者選擇GSM套件M590E和SI MCo m公司的SI M800C模塊，作為系統(tǒng)通信模塊。SI M800C模塊不僅價(jià)格便宜，而且支持GSM標(biāo)準(zhǔn)和AT指令控制，工作頻率有多種選擇，性能穩(wěn)定，尺寸為17.6 mm×15.7 mm×2.3 mm，體積小巧，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求［5］。

控制芯片通過(guò)串口方式與SI M800C模塊進(jìn)行通信。晶振時(shí)鐘頻率為11.059 2 MHz，傳遞速率可配置成9 600 Baud，和通信模塊的通信誤差比較小，幾乎可以忽略。串口配置為9 600 Baud，無(wú)校驗(yàn)位，有8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。相關(guān)寄存器配置如下［6］：

ACC＝P＿SW1；

ACC＆＝ ～（S1＿S0｜S1＿S1）； ∥S1＿S0＝1 S1＿S1＝0

ACC｜＝S1＿S0； ∥（P3.6／Rx D＿2，P3.7／Tx D＿2）

P＿SW1＝ ACC；

SCON＝0x50； ∥8位可變傳輸速率

T2L＝（65536-（FOSC／4／BAUD））； ∥設(shè)置傳輸速率重裝值

T2 H ＝（65536-（FOSC／4／BAUD））?8；

AUXR＝0x14； ∥T2為1T模式，并啟動(dòng)定時(shí)器2

AUXR｜＝0x01； ∥選擇定時(shí)器2為串口1的傳輸速率發(fā)生器

利用SI M800C模塊和M590E套件，在加載用戶標(biāo)志模塊卡后，就可實(shí)現(xiàn)短消息提醒信報(bào)箱主人的功能。

3.4 電源模塊

AT89C51單片機(jī)的電源為3.8 V［7］，通信模塊的電壓輸入端范圍為3.4～4.4 V［4］，傳感器的電源為5 V，因此選擇5 V直流電源直接為傳感器供電?？紤]到3.8 V也在通信模塊電壓可選范圍內(nèi)，因此同時(shí)經(jīng)過(guò)貼片式熔體、穩(wěn)壓芯片及鉭電容濾波后為AT89C51芯片和通信模塊供電［8］。為了方便使用，同時(shí)考慮到體積因素，選擇可充電式大容量鋰電池，配備充電器，并且電源為可拆卸形式。用XH2.54 2P插頭連接系統(tǒng)與充電器，方便用戶在電源低電量時(shí)將電源帶回家充電。插頭有防反插設(shè)計(jì)，可防止用戶因插反而造成系統(tǒng)短路［9］。

3.5 顯示模塊

為了方便用戶判斷信報(bào)箱提示系統(tǒng)電量剩余情況，以及用于發(fā)送短信的用戶標(biāo)志模塊卡信號(hào)強(qiáng)弱，系統(tǒng)要求由顯示模塊來(lái)進(jìn)行提示。顯然，用顯示屏來(lái)顯示是不經(jīng)濟(jì)的方法，筆者采用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的方法來(lái)告知用戶。由AT89C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，系統(tǒng)的電量顯示和用于發(fā)送短信的用戶標(biāo)志模塊卡的信號(hào)強(qiáng)弱分別采用三個(gè)發(fā)光二極管顯示。三個(gè)全亮表示電量高、信號(hào)強(qiáng)，兩個(gè)亮表示中等，僅一個(gè)亮表示需要充電或者用戶標(biāo)志模塊卡信號(hào)弱，需調(diào)整。

基于查詢AT指令的命令格式，查詢電量的指令為AT＋CBC＼，查詢信號(hào)的指令為AT＋CSQ＼［10］。通過(guò)單片機(jī)串口分別向電源、通信模塊發(fā)送這兩個(gè)AT指令，電源、通信模塊會(huì)自動(dòng)下發(fā)給單片機(jī)相關(guān)電量和信號(hào)強(qiáng)弱的信息，單片機(jī)通過(guò)中斷接收后處理分析這兩組下發(fā)的數(shù)據(jù)，就可以得到電量值和信號(hào)狀態(tài)，然后再分別驅(qū)動(dòng)表示電量和信號(hào)的各組發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。

4 軟件設(shè)計(jì)

AT89C51單片機(jī)通過(guò)串口輸出AT指令來(lái)對(duì)SI M800C模塊進(jìn)行相應(yīng)控制，可極大方便軟件的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)主要包括傳感器信號(hào)處理、通信及主控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。根據(jù)所選擇的AT89C51單片機(jī)，采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)。

4.1 主函數(shù)

主函數(shù)的功能是信號(hào)觸發(fā)，接收到傳感器發(fā)送到的信號(hào)后響應(yīng)，開(kāi)始向設(shè)定手機(jī)號(hào)發(fā)信息，信息內(nèi)容為“You have a new letter”，然后重新恢復(fù)到持續(xù)判斷有無(wú)觸發(fā)信號(hào)的狀態(tài)［11］。主函數(shù)程序代碼如下：

4.2 電量與信號(hào)讀取程序

if（（SBUF＞＝65＆＆SBUF＜＝90）｜｜（SBUF＞＝48＆＆SBUF＜＝59）｜｜（SBUF＝＝44）｜｜（SBUF＝＝′*′）） ∥只存儲(chǔ)“，”、“A-Z”大寫(xiě)字母、“0-9”數(shù)字、“：”和“；”

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)測(cè)試，筆者設(shè)計(jì)的信報(bào)箱提示系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的要求，依靠成熟的GSM技術(shù)，方便及時(shí)地提醒信報(bào)箱主人去開(kāi)信箱，具有良好的實(shí)用性。系統(tǒng)未考慮到當(dāng)系統(tǒng)電量低時(shí)發(fā)短信提醒用戶，這是不足之處，有待后續(xù)彌補(bǔ)。