基于SMS的無線家電控制系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了一種使用SMS（手機短信）的無線家電控制系統(tǒng)，其主要思路是GSM MODEM和紅外線遙控的結(jié)合應(yīng)用。GSM MODEM收到短信后，通過SRWF-1無線模塊，發(fā)送控制數(shù)據(jù)給單片機控制器，由單片機控制器發(fā)射紅外線控制信號，完成對家電的控制。當(dāng)需要控制家庭中的多個電器，可建立一個控制網(wǎng)絡(luò)。由于本系統(tǒng)采用無線方式，不會破壞家庭已有的裝修，有一定的實用性。
關(guān)鍵詞 ：SMS  GSM MODEM  紅外線遙控  單片機  SRWF-1無線模塊

1 概述

    GSM系統(tǒng)是目前移動通信體制中比較成熟完善且應(yīng)用廣泛的一種系統(tǒng)。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段，而且可通過學(xué)習(xí)各種紅外遙控器的碼形，實現(xiàn)對家電的遙控。因此，可以將GSM MODEM和紅外線遙控結(jié)合起來，實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程遙控。例如在辦公室里發(fā)一條短信就可以控制家里的情況，不用為家里的門窗、電器、煤氣擔(dān)心。

    因GSM MODEM價格較貴，不可能為每一個家電遙控器安裝一臺GSM MODEM,因此只能把GSM MODEM模塊安裝在一臺主控機上(在本設(shè)計中使用PC機)，然后建立一個控制網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸控制指令，如圖1所示。但是網(wǎng)絡(luò)需要通信介質(zhì)，若使用有線網(wǎng)絡(luò)，布線非常不方便，特別是在已裝修的家庭。因此本設(shè)計采用無線方式建立控制網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)安全問題則用軟件解決。

    本系統(tǒng)由GSM手機模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機控制模塊三部分組成。GSM手機模塊包含GSM MODEM和PC控制程序兩部分。GSM MODEM主要用來建立無線GSM網(wǎng)絡(luò)信道，PC控制程序接收串口發(fā)來的數(shù)據(jù)，檢驗手機號碼的權(quán)限，根據(jù)短信的內(nèi)容生成控制機地址以及控制指令，并通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給單片機控制系統(tǒng)。無線傳輸模塊負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)建立和數(shù)據(jù)傳輸。假設(shè)共有4個電器需要控制，則建立一個一點對多點的通信網(wǎng)絡(luò)。單片機控制系統(tǒng)收到無線模塊傳來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，找到受控電器的紅外發(fā)射碼形(此碼形為預(yù)先存入單片機中)，發(fā)出紅外光信號，實現(xiàn)電器的控制；或者打開繼電器，驅(qū)動機械裝置，完成操作。

2 單片機控制器的設(shè)計

    單片機使用常見的AT89C51。遙控器發(fā)射的信號由一串0和1的二進(jìn)制代碼組成，用38KHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制，以提高發(fā)射效率，降低電源功耗。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。

    當(dāng)按下遙控器按鍵時，遙控器發(fā)出一串二進(jìn)制代碼，通常分為引導(dǎo)碼、地址碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。地址碼連發(fā)兩遍，以提高遙控器的可靠性。如果兩次地址碼不同，則說明本幀數(shù)據(jù)有誤，應(yīng)丟棄。

    紅外遙控接收使用一體化紅外接收頭0038K，它將紅外接收、放大、解調(diào)，整形電路做在一起，可以將接收到紅外線信號轉(zhuǎn)化為TTL電平信號。0038K引出三個引腳，分別為地、+5V電源和信號輸出。將0038K輸出的信號輸入PC的音頻輸入端(LINE IN)。在PC上使用COOL EDIT(音頻處理軟件)，將波形錄入，顯示在屏幕上。將波形進(jìn)行3dB衰減，再將波形展寬后，即可讀出遙控器的紅外碼形。紅外發(fā)射使用單片機P2口的P2.5、P2.6位來控制，其中，P2.5輸出頻率為38KHz的載頻信號，P2.6輸出紅外脈寬信號，P2.5和P2.6通過或門輸出調(diào)制后的信號。P2.6輸出低電平時，或門允許38KHz載波信號通過，P2.6輸出高電平時，或門禁止38KHz載波信號通過。從而產(chǎn)生38KHz的電信號，該信號通過ULN2003芯片放大，經(jīng)電阻限流后至紅外發(fā)射管，發(fā)出紅外光信號，控制電器動作。       

3 SRWF-1無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

    針對本系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量較小，通信距離較近，且強調(diào)性價比的特點，選用SRWF-1型微功率無線數(shù)傳模塊。

3.1 SRWF-1型微功率無線數(shù)傳模塊的數(shù)據(jù)傳輸

    SRWF-1模塊收到單片機發(fā)來的第一個數(shù)據(jù)后自動進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)同步等工作，因此第一個數(shù)據(jù)將在5個字節(jié)時間延遲后從接收方串口輸出。如要傳送1個數(shù)據(jù)幀，此時間延遲將逐漸減少。當(dāng)最后一個數(shù)據(jù)被發(fā)送后，模塊將處于等待狀態(tài)直到模塊所設(shè)置的接收等待時間延遲之后，模塊將自動通知所有接收設(shè)備斷開無線網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)入空閑狀態(tài)。

    當(dāng)發(fā)送方最后一個數(shù)據(jù)被發(fā)送后需延遲6-8個字節(jié)才能接收空中其他模塊的數(shù)據(jù)。其他模塊在此時間內(nèi)也不能向空中發(fā)射數(shù)據(jù)，即使有用戶數(shù)據(jù)輸入也是被緩沖在模塊中，而沒有發(fā)送到無線鏈路中，以避免引起數(shù)據(jù)通訊混亂。

3.2 SRWF-1家庭無線網(wǎng)絡(luò)的總體規(guī)劃

    圖1所示系統(tǒng)中，服務(wù)器、GSM MODEM放置在書房，書房中安裝SRWF-1無線模塊主站，其它各房間中安裝SRWF-1無線模塊從站。

    每個SRWF-1模塊都在網(wǎng)絡(luò)中擁有唯一的地址。通信的協(xié)調(diào)完全由主站控制。主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)。主站發(fā)出的數(shù)據(jù)，所有從站都接收。從站再將接收到的數(shù)據(jù)包中的地址碼與本地地址碼相比較，若不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不做任何響應(yīng)；若地址碼相同，則證明數(shù)據(jù)是給本站的。從站根據(jù)傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)，并將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗。這些工作都由SRWF-1模塊完成，可保證在任何一個瞬間，通信網(wǎng)中只有一個模塊處于發(fā)送狀態(tài)，避免相互干擾。

    將各房間中的單片機控制器連接在SRWF-1模塊上。單片機控制機收到SRWF-1模塊傳來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，找到受控電器的紅外發(fā)射碼形(此碼形為預(yù)先存入單片機中)，發(fā)出紅外光信號，實現(xiàn)電器的控制；或者打開繼電器，驅(qū)動機械裝置，完成操作。

3.3 SRWF-1無線數(shù)傳模塊與AT89C51的連接

    SRWF-1模塊提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232，RS-485和UART（TTL電平）3種接口方式，在本設(shè)計中使用TTL的UART方式與AT89C51的串口直接連接。SRWF-1使用+3.6～5.0V直流電源。工作時發(fā)射電流≤40mA,接收電流≤20mA，休眠電流≤20uA。可和單片機共用+5V直流電源。電路如圖2所示。

4  GSM模塊的設(shè)計

4.1 GSM模塊設(shè)計簡介

    GSM模塊包含GSM MODEM和PC兩部分。GSM MODEM主要負(fù)責(zé)建立無線GSM網(wǎng)絡(luò)信道，通過GSM網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送短消息，它通過串口與PC通信。PC從串口接收GSM MODEM發(fā)來的數(shù)據(jù)，檢驗手機號碼的權(quán)限，根據(jù)短信的內(nèi)容生成受控機地址以及控制指令，并通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給單片機控制系統(tǒng)。GSM MODEM選用WMOi3雙頻集成GSM調(diào)制解調(diào)器。

4.2 WMOi3的AT短信指令調(diào)試

    WMOi3支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令，調(diào)試時可使用Windows自帶的“超級終端”工具。

    將WMOi3連接到PC的串口上。硬件連接好以后啟動超級終端。建立串口連接，設(shè)置串口(波特率9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗，流控制使用Xon /Xoff)。發(fā)送AT指令測試設(shè)備是否正確連接，能否正常通訊。

4.3 應(yīng)用短信開發(fā)控件SMSControl開發(fā)PC端程序

    為提高開發(fā)速度，本設(shè)計中使用了短信開發(fā)控件SMSControl。SMSControl以O(shè)CX控件的形式提供，支持VB。該控件具有短信發(fā)送、短信自動接收、從SIM卡中讀取短信、從SIM卡中刪除短信等功能。PC端程序開發(fā)應(yīng)用VB和SMSControl控件，程序界面如圖3所示。

4.4 程序應(yīng)用說明

    用手機向WMOi3發(fā)送一條內(nèi)容為“打開”的短消息，便可以打開受控電器；如果想關(guān)掉受控電器，只要發(fā)送“關(guān)閉”即可。GSM模塊收到短信后，先檢測發(fā)送短信的手機號，若是在程序中設(shè)置的手機號碼，則發(fā)送控制指令給單片機控制器，若是其他號碼則拒之門外，增強了系統(tǒng)的安全性。

5. 結(jié)束語

    基于GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS服務(wù)是一種信息在移動網(wǎng)絡(luò)上儲存和轉(zhuǎn)寄的過程，可跨市、跨省、甚至跨國傳送，靈活方便，廉價可靠。本文的創(chuàng)新點就是利用SMS來實現(xiàn)超遠(yuǎn)程遙控以及傳輸數(shù)據(jù)。用戶只要用隨身攜帶的手機向家里的GSM MODEM模塊發(fā)一條短消息，即可對家里的電器或防盜報警器進(jìn)行全球范圍的遙控。由于本系統(tǒng)采用無線方式，不會破壞家庭已有的裝修，有一定的實用性。而且GSM MODEM和紅外線遙控技術(shù)成熟完善，因此這是一種可行方案。且本方案成本低、性能高，具有可靠靈活的特點，對家電的控制變得更容易、更快捷、更方便、更安全。

參考文獻(xiàn)

[1]萬福君,潘松峰.單片微機原理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002.
[2]李華. MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1993.8.
[3]汪曉平,鐘軍.Visual Basic網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議分析與應(yīng)用實現(xiàn)[M].北京:人民郵電出版社，2003.1.
[4]薛棟梁.MCS-51/151/251單片機原理與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社，2001.1.
[5]畢愛波,周東輝.以16位單片機實現(xiàn)信息家電連接internet的解決方案[J].北京：微計算機信息，2005，（10）：79-81