摘 要： 選用單片機(jī)" title="51單片機(jī)" target="_blank">51單片機(jī)和GSM遠(yuǎn)程通信模塊，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。客戶可利用手機(jī)短信，借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對家用電器的開關(guān)等遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)具有用戶身份信息和用戶指令自動(dòng)識別等功能，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；GSM模塊；遠(yuǎn)程控制；手機(jī)短信
隨著電子信息等高新技術(shù)的快速發(fā)展，大量采用電子技術(shù)的電器產(chǎn)品進(jìn)入大家的生活。人們在從眾多電子產(chǎn)品中得到極大方便的同時(shí)，也對其進(jìn)一步發(fā)展提出了更高要求，智能化便是其中之一。家用電器遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)，可極大地提高城市生活的品質(zhì)，其研究和實(shí)現(xiàn)非常有意義[1]。
1 系統(tǒng)功能需求分析
（1）用戶身份識別
用戶身份識別是保證系統(tǒng)安全必不可少的環(huán)節(jié)，有電話號碼識別和密碼驗(yàn)證兩種，本系統(tǒng)中選擇電話號碼識別。電話號碼可以在用戶使用該系統(tǒng)時(shí)由單片機(jī)直接進(jìn)行識別，無需用戶進(jìn)行額外操作，可有效提高控制效率。
（2）控制指令發(fā)送與接收
控制指令的發(fā)送與接收是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中遠(yuǎn)程通信的核心內(nèi)容，有線通信和無線通信均能滿足該功能需求。其中有線通信的通信介質(zhì)常見的有固定電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，但是其使用場所常限于室內(nèi)，并且需要通信線纜及信號的覆蓋。無線通信則基本不受線纜的限制，特別是移動(dòng)電話廣泛使用的GSM網(wǎng)絡(luò)，基站分布多，信號覆蓋范圍廣，為遠(yuǎn)程控制提供了極好的信號支持；另外控制設(shè)備（即手機(jī)）普及率高，攜帶方便，可隨時(shí)隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
（3）遠(yuǎn)程控制終端的識別
用戶向該系統(tǒng)發(fā)送指令的途徑有發(fā)送雙音多頻信號和發(fā)送短信兩種。發(fā)送雙音多頻信號需要進(jìn)行語音呼叫，且系統(tǒng)需要提供語音提示，引導(dǎo)用戶操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜。發(fā)送短信則方便快捷，系統(tǒng)只需要預(yù)設(shè)一個(gè)數(shù)字對應(yīng)一個(gè)家用電器的工作狀態(tài)，如“1”和“2”分別對應(yīng)電燈的開和關(guān)，用戶只需發(fā)送一條內(nèi)容為單一數(shù)字的短信到GSM模塊，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電器的控制。發(fā)送短信比語音呼叫的等待時(shí)間短，時(shí)效性強(qiáng)。另外考慮到運(yùn)營商的收費(fèi)問題，發(fā)送短信比語音呼叫廉價(jià)，故通過短信發(fā)送指令的經(jīng)濟(jì)性較高。
（4）良好的人機(jī)對話界面
考慮到被控對象較多時(shí)，為避免錯(cuò)誤操作，需要提供控制指令提示的功能。方法同樣為語音提示和短信提示兩種。語音提示需要語音模塊提前保存提示內(nèi)容，然后在用戶需要提示時(shí)播放該段語音，但是當(dāng)被控對象較多時(shí)，語音則會很長，實(shí)時(shí)性較差。短信提示則只需要GSM模塊向用戶手機(jī)發(fā)送一條短信，然后用戶可以立即獲得所需信息，等待時(shí)間短。因此系統(tǒng)選用短信提示。
2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)利用用戶手機(jī)與GSM模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信。用戶通過手機(jī)向GSM模塊發(fā)送數(shù)字短信作為控制指令，GSM模塊收到短信后將短信代碼發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)作為控制器，對短信代碼進(jìn)行解碼，提取并識別用戶身份以及控制指令，識別后通過I/O口控制繼電器的通斷，從而控制家用電器。
當(dāng)用戶需要獲取提示命令時(shí)，向GSM模塊發(fā)送內(nèi)容為“0”的短信，單片機(jī)接收到GSM模塊發(fā)送的代碼以后，對用戶身份和控制指令進(jìn)行提取和識別，控制GSM模塊向用戶手機(jī)發(fā)送提示信息。
（1）用戶手機(jī)：向GSM模塊發(fā)送控制指令，接收提示短信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。
（2）GSM模塊：接收用戶手機(jī)的信號（包括短信和呼叫），并將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)；接收單片機(jī)發(fā)送的AT指令，執(zhí)行發(fā)送短信等操作。
（3）單片機(jī)：接收并處理GSM發(fā)送的串行數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行識別用戶身份、識別用戶指令、控制繼電器開閉等操作；存儲數(shù)據(jù)，保存提示信息的發(fā)送代碼；向GSM模塊發(fā)送AT指令。
（4）繼電器：作為開關(guān)電路控制家用電器的通斷。
3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心為51單片機(jī)和GSM模塊，圍繞這兩部分，硬件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)方面。
3.1 單片機(jī)與GSM模塊通信連接
GSM模塊與51單片機(jī)間的通信為串行通信。GSM模塊的串行數(shù)據(jù)輸入口為“RXD”，串行數(shù)據(jù)輸出口為“TXD”。51單片機(jī)串行數(shù)據(jù)傳輸需使用P3口的第二功能，其中P30為串行數(shù)據(jù)輸入口，P31為串行數(shù)據(jù)輸出口[2]。
考慮到電平匹配的問題，采用RS232電平轉(zhuǎn)換電路。電路連接圖如圖2所示。此電路可以實(shí)現(xiàn)GSM模塊與單片機(jī)的串行通信，GSM模塊接收到上位機(jī)的信號后，便將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)；單片機(jī)通過此電路向GSM模塊發(fā)送AT指令。另外，將MAX232芯片的“GSM_TXD”和“GSM_RXD”引腳通過串口線與計(jì)算機(jī)連接，就可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)視串口收發(fā)情況，供系統(tǒng)調(diào)試使用。
3.2 遠(yuǎn)程控制終端的設(shè)計(jì)
單片機(jī)控制家用電器方法有很多，包括繼電器控制、紅外控制、無線電控制等。這幾種方法中，繼電器控制最為簡單，只需要一個(gè)通用I/O口即可控制一個(gè)繼電器。單片機(jī)通過繼電器控制家用電器，電路圖如圖3所示。
4.2 發(fā)送漢字信息
單片機(jī)通過GSM模塊發(fā)送漢字短信息為AT指令的應(yīng)用，簡單步驟如下：（1）發(fā)送“AT+CMGF=0”，設(shè)置短信模式為PDU，返回“OK”，設(shè)置成功；（2）發(fā)送“AT+CMGS=<length>”，設(shè)置短信息長度，根據(jù)信息內(nèi)容長度確定length取值，返回“>”；（3）寫入短信代碼，格式為PDU格式；（4）發(fā)送16進(jìn)制數(shù)“1a”，發(fā)送短信；（5）結(jié)束[3]。
4.3 系統(tǒng)總流程圖
系統(tǒng)總流程圖如圖4所示。
5 系統(tǒng)測試
本設(shè)計(jì)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了通過發(fā)送短信息對普通家用電器的開/關(guān)機(jī)操作。系統(tǒng)測試如下：
短信控制：當(dāng)發(fā)送短信“1”到GSM模塊的手機(jī)號時(shí)，系統(tǒng)控制的繼電器閉合，與之相連的電燈點(diǎn)亮；當(dāng)發(fā)送短信“2”時(shí)，繼電器關(guān)斷，電燈隨之熄滅。
獲取提示信息：當(dāng)發(fā)送短信“0”到GSM模塊的手機(jī)號時(shí)，系統(tǒng)立即向用戶發(fā)送一條提示短信息，簡單明了。
以上兩個(gè)功能相對獨(dú)立，相互無影響，用戶可根據(jù)實(shí)際情況決定是否需要提示。
系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，GSM模塊串行口收發(fā)狀態(tài)如圖5所示，用戶成功接收提示信息，如圖6所示。
系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)可拓展性很強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要添加很多應(yīng)用對象。同時(shí)也可以補(bǔ)充增加紅外控制、無線電控制等終端控制設(shè)備，操作也相對簡單，從而控制更多不同原理的家用電器。另外，該系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用空間。
參考文獻(xiàn)
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