基于3G手機短信(SMS)的家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

3G MODEM系統(tǒng)是目前移動通信體制中比較成熟而且應(yīng)用比較廣泛的一種系統(tǒng)。而紅外線遙控則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型來實現(xiàn)對家電的遙控。因此,可以將3GMODEM和紅外遙控結(jié)合起來，通過對家電的遠(yuǎn)程遙控來完成家庭電器物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建。例如在工作、逛街或歸家途中，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。

本系統(tǒng)中采用的3G MODEM是一款基于WCD-MA網(wǎng)絡(luò)的短信平臺，內(nèi)嵌工業(yè)級的3G無線模塊，同時可以支持GSM、GPRS等網(wǎng)絡(luò)。該平臺采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級規(guī)范設(shè)計，具有中文短信收發(fā)、英文短信收發(fā)及無線上網(wǎng)功能。并提供RS232.USB2.0等標(biāo)準(zhǔn)接口，可直接與用戶電腦連接，以實現(xiàn)短消息收發(fā)功能。

由于3G MODEM的價格較貴，不可能為每一個家電遙控器安裝一個3GMODEM,因此，只能把3G MODEM模塊安裝在一臺主控機上（本設(shè)計使用PC機），然后建立一個控制網(wǎng)絡(luò)，以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸控制指令。但是，網(wǎng)絡(luò)一般都需要通信介質(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)，其數(shù)據(jù)安全問題則使用軟件解決。

1  系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由3G手機模塊、紅外遙控模塊和控制程序平臺三部分組成。其中3G手機模塊包含3GMO-DEM和PC輔助程序兩部分,3GMODEM主要用來建立無線GSM網(wǎng)絡(luò)信道，PC輔助程序接收串口（USB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)送給紅外遙控系統(tǒng)。紅外遙控系統(tǒng)收到無線模塊傳來的數(shù)據(jù)后,會根據(jù)收到的數(shù)據(jù)找到受控電器的紅外發(fā)射碼型（此碼預(yù)存入PC機），并發(fā)出紅外光信號，從而實現(xiàn)對電器的控制。

2  紅外遙控模塊

遙控器發(fā)射的信號由一串包含0和1的二進制代碼組成，可用38kHz的載頻進行二次調(diào)制，以提高發(fā)射頻率，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)出一串二進制代碼，通常分為引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。

2.1  紅外編碼學(xué)習(xí)部分

家庭環(huán)境中的電器多數(shù)以紅外遙控方式工作，具有便捷、易操作等特點。而每一件電器的每一個操作都是由發(fā)射的紅外編碼來決定。由于紅外編碼格式統(tǒng)一、數(shù)量繁多,如果用固定記憶方式則應(yīng)用不靈活、不廣泛。本模塊采用動態(tài)學(xué)習(xí)記憶紅外編碼方式，該方式對由于新加入的電器、操作而增加的紅外編碼，能夠進行實時學(xué)習(xí)，并不斷加入紅外編碼數(shù)據(jù)文件中。圖1所示是系統(tǒng)中的紅外編碼學(xué)習(xí)功能操作界面圖,對于圖1的界面，其操作說明如下： 

首先,應(yīng)通過選擇紅外遙控裝置對應(yīng)的串口編號來設(shè)置波特率19200bps,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位等參數(shù)并打開相應(yīng)的COM端口。在連接正確的情況下，系統(tǒng)會提示“紅外串口已打開!”否則報錯。

然后，在家電控制區(qū)域中填寫"家電名稱”和“家電狀態(tài)”，代表對應(yīng)的家電和對應(yīng)的操作，該參數(shù)組合唯一確定了一個紅外二進制編碼組值。這里的內(nèi)容要按照預(yù)先規(guī)定的格式進行填寫。

在確定操作內(nèi)容后，點擊“學(xué)習(xí)”按鍵，即可進行學(xué)習(xí)操作，同時在界面下方的“鍵值”區(qū)域顯示16進制編碼內(nèi)容，同時在界面上也可以看到當(dāng)前記錄鍵值的數(shù)量。

2.2  紅外遙控發(fā)射部分

紅外遙控發(fā)射操作主要由軟件與硬件兩部分組成,軟件完成讀取對應(yīng)紅外編碼的操作，而硬件與普通紅外遙控器原理基本相同。編碼信號送至紅外遙控裝置的內(nèi)部芯片，經(jīng)電阻限流后送至紅外發(fā)射管,發(fā)出紅外光信號,從而控制電器動作。

3  3G手機模塊

3G模塊由于3GMODEM和PC兩部分組成。其中3GMODEM主要負(fù)責(zé)建立無線3G網(wǎng)絡(luò)信道，并通過3G網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送短消息，它通過串口與PC通信;PC則負(fù)責(zé)從串口接收3GMODEM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)送給紅外控制系統(tǒng)。本設(shè)計中的3GMODEM選用的是Caimore3G調(diào)制解調(diào)器。

3.1  AT短信指令調(diào)試

Caimore可支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令，調(diào)試時可使用Windows自帶的"超級終端"工具。將Caimore連接到PC的串口上，硬件連接好以后，便可啟動超級終端,建立串口連接，并設(shè)置串口（波特率9600,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位，無奇偶檢驗，流控制使用Xon/Xo-ff）。然后發(fā)送AT指令測試設(shè)備是否已正確連接，看能否正常通訊。

3.2  短信控件SMSControl

為了提高開發(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,可支持VB。該控件具有短信發(fā)送、短信自動接收、監(jiān)控界面顯示、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)可使用VB和SMSControl控件來完成，其程序界面如圖2所示。

3.3  3G手機模塊操作方法

用手機向Caimore上的SIM卡號碼發(fā)送一條按照規(guī)定格式編輯的短信消息，其基本格式為家電名稱拼音縮寫+狀態(tài)。如，編輯格式為”kt+on”，即完成打開空調(diào)的操作；編輯格式為"dsj+off",即完成關(guān)閉電視機的操作。

3G手機模塊收到短信后,將先檢測發(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)送控制指令給紅外控制模塊;若是其他非法號碼，則進行排除，并拒絕執(zhí)行操作,這樣可增加系統(tǒng)的安全性。

在圖2所示界面中，可以完成的功能首先是選擇連接3GMODEM的串口編號，實現(xiàn)3GMODEM與PC機的通信;也可以實現(xiàn)發(fā)送、接收、査看和刪除短信操作；同時可以實現(xiàn)系統(tǒng)自動接收新短信，完成實時顯示等。

4  控制平臺程序

家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心模塊是控制平臺程序，它用于完成各個分立模塊之間的功能連接，其程序界面如圖3所示。這里要先選擇紅外發(fā)射串口端口和相關(guān)參數(shù)，點擊“開始控制”后，系統(tǒng)即開始運行。

程序后臺所完成的幾個步驟的操作，首先是從短信記錄中提取新短信(未執(zhí)行)，分析號碼權(quán)限、受控家電名稱和執(zhí)行動作；其次，將家電和動作與紅外編碼學(xué)習(xí)記憶庫進行比較，如有匹配者，則讀取對應(yīng)的紅外編碼，如無匹配，則發(fā)出告警；第三，將紅外編碼發(fā)送至紅外遙控裝置，由其完成對電器的操作。同時也可以通過圖3中的“狀態(tài)說明”來進行監(jiān)控。

5  結(jié)語

基于3G網(wǎng)絡(luò)的SMS是一種在2G技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展、演進而來的基本服務(wù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)一種信息在移動網(wǎng)絡(luò)上以高效、便捷、經(jīng)濟的特點進行存儲和轉(zhuǎn)寄的過程，可以跨市、跨省甚至跨國傳送，靈活方便、廉價可靠。本文利用SMS這種通信基本形式作為載體來實現(xiàn)超遠(yuǎn)程遙控，以完成家電物聯(lián)網(wǎng)基本系統(tǒng)的搭建。用戶只要用隨身攜帶的手機向家里的3GMODEM模塊發(fā)送一條短消息，就可以對家里的電器或防盜報警器進行全球范圍的遙控。由于本系統(tǒng)采用無線方式，因而不會破壞家庭已有的裝修，具有一定的實用性。而且,3GMODEM和紅外線遙控技術(shù)比較成熟完善，因此，這是一種可行方案，且方案成本低、性能高,具有靈活可靠的特點，它可使得對家電的控制變得更容易、更快捷、更方便、更安全。