精品文檔-下載后可編輯基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用摘要：設(shè)計了一個基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由GSM模塊TC35i、紅外接收頭、51單片機(jī)、DS1820溫度傳感器等構(gòu)成。先通過紅外線接收頭解析家電遙控器紅外控制碼，學(xué)習(xí)該遙控器；當(dāng)系統(tǒng)中GSM模塊接收到來自用戶的短信時，系統(tǒng)解析出用戶預(yù)控制家電的信息后，再通過紅外發(fā)射管將對應(yīng)的控制代碼發(fā)射出去，從而達(dá)到監(jiān)控家用電器的目的；通過溫度傳感器采集家居環(huán)境溫度信息，當(dāng)出現(xiàn)異常溫度時可通過GSM模塊向用戶手機(jī)實施報警。實驗證明本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，符合設(shè)計要求。

0引言

目前的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般是通過互聯(lián)網(wǎng)或公共交換電話網(wǎng)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的。然而，隨著手機(jī)日益普及，使得利用GSM短信息實現(xiàn)家居環(huán)境和家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。它相對于電話遠(yuǎn)程控制方式而言，擺脫了電話線對設(shè)備的束縛；相對于電腦遠(yuǎn)程控制而言，降低了設(shè)備和使用成本。

利用GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)家居安防、溫室、路燈、自動售貨機(jī)等監(jiān)控的研究已很多，這些研究大都是通過使用GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制繼電器而實現(xiàn)的。而本文設(shè)計的基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對目前許多帶有紅外遙控器的家用電器（如熱水器、空調(diào)、電視、機(jī)頂盒等）,通過GSM網(wǎng)絡(luò)和對家用電器遙控器的復(fù)制來實現(xiàn)家用電器的控制。

1系統(tǒng)工作原理

基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，由作為上位機(jī)的能收發(fā)短信的GSM短信模塊、智能控制器（單片機(jī)）、溫度傳感器和作為下位機(jī)的具有紅外遙控器的家用電器（如熱水器、空調(diào)、電視、機(jī)頂盒等）組成。

首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化，單片機(jī)從鍵盤讀入用戶所設(shè)定的溫度上限值和發(fā)送報警短信的目標(biāo)號碼，并通過LCD顯示器顯示出來。當(dāng)單片機(jī)檢測到用戶按下紅外學(xué)習(xí)鍵，則進(jìn)入紅外線學(xué)習(xí)中斷服務(wù)程序，讀取外部家電遙控器發(fā)射的紅外信號，并將該紅外信號解碼，重定義碼長，分組，保存，從而學(xué)習(xí)該遙控器[728].

初始化工作完成后，單片機(jī)循環(huán)讀取溫度傳感器DS1820數(shù)值，并將用戶事先設(shè)定的溫度上限值與之比較，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度超過溫度上限，則控制GSM模塊TC35i通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶手機(jī)發(fā)送報警短信。

同時，單片機(jī)循環(huán)查詢串口是否收到信息，如果收到就將信息讀入單片機(jī)，解析出短信中的內(nèi)容是要求單片機(jī)向家用電器發(fā)送何種指令，并將代表該指令的紅外信號通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去，從而控制家用電器。該系統(tǒng)框圖見圖1。

圖1系統(tǒng)方框圖

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要以AT89S52單片機(jī)為智能控制中心，4@4鍵盤和1602LCD顯示器作為人機(jī)交互設(shè)備，GSM通信模塊選用TC35i,DS1820溫度傳感器用于溫度采集；通過HS0038B紅外接收頭接收紅外信號，完成紅外信號的解調(diào)與放大；同時，利用AT89S52單片機(jī)P1.0口的方波發(fā)生器功能構(gòu)成了紅外信號的調(diào)制裝置，并使用紅外LED作為紅外發(fā)射裝置。

2.1GSM模塊與單片機(jī)的連接

GSM模塊TC35i是3.3VCMOS元器件，要求對電源的啟動電流超過2A,啟動電壓達(dá)到4.2V.因此，采用能提供3A電流的電源芯片LM2596.TC35i的1~5腳接LM2596的電源輸出管腳，6~10腳接地，25~27腳與SIM卡相連接。為了能顯示TC35i的工作狀態(tài)，在32腳接一個LED指示燈到地。

TC35i啟動之后就可以通過單片機(jī)由串口發(fā)送數(shù)據(jù)和命令到TC35i,TC35i的波特率是自適應(yīng)的，這里采用9600的波特率，只要將TC35i的RXD和TXD分別和單片機(jī)的TXD和RXD相連接就可以了。電路圖見圖2.

圖2TC35i與單片機(jī)的連接

2.2紅外接收頭與單片機(jī)的連接

紅外接收頭HS0038B是一個集成解調(diào)、濾波、放大等功能的紅外接收芯片，它將調(diào)制在38kHz方波上的紅外信號解調(diào)出來，并通過OUT管腳將方波輸出。HS0038B平時輸出高電平，當(dāng)有遙控信號輸入時，其輸出為高低電平脈沖，故接收時一個碼由一個低電平后跟一個高電平構(gòu)成。利用不同長短高低電平的組合，可構(gòu)成不同的碼。在本系統(tǒng)中將使用中斷的方式讀取紅外信號，因此將HS0038B的OUT管腳與單片機(jī)的外中斷0相連接。HS0038B與單片機(jī)的連接見圖3。

圖3紅外接收頭HS0038B與單片機(jī)的連接

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

TC35i可以發(fā)送中文短信或英文短信，本系統(tǒng)使用中文短信格式即PDU格式。先將短信的相關(guān)信息做到一個PDU數(shù)據(jù)包里，該包的開頭是短信中心號碼。其后的是目標(biāo)手機(jī)號碼，該號碼是將實際電話號碼相鄰的奇數(shù)位與偶數(shù)位對調(diào)加F得到。如原手機(jī)號碼為12345678901,按上述方法得到2143658709F1。

然后是該號碼的長度0D,中國國家接入碼91,譯碼方式00,編碼方式08,再往后是短信在信息中心保留時間，一般選擇保存10天，即A0.分別是短信內(nèi)容長度和短信內(nèi)容。如要發(fā)送/火警0,則短信長度為4個16進(jìn)制為04,/火警0經(jīng)過unicode碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換得到16進(jìn)制數(shù)據(jù)為706B8B66.

這樣整個PDU數(shù)據(jù)包的內(nèi)容就是：0011000D91682143658709F130008A004706B8B66.

單片機(jī)對TC35i所有的控制都是通過串口發(fā)送AT指令進(jìn)行的，TC35i的每一個動作都對應(yīng)了一個AT指令，而且每一個指令之后都要有一個回車符以告訴TC35i該條命令已經(jīng)發(fā)完。一些常用的AT指令如表1。

表1常用AT指令表

當(dāng)UDP數(shù)據(jù)包打好后，要對TC35i進(jìn)行聯(lián)機(jī)并通過TC35i發(fā)送短信。首先通過串口發(fā)送代表聯(lián)機(jī)的指令A(yù)T,然后設(shè)定TC35i發(fā)送UDP格式的短信，其次將該P(yáng)DU數(shù)據(jù)包的長度發(fā)給TC35i,接著將做好的PDU發(fā)送給TC35i,在后面加上ctrl+z的ASC碼0x1A和回車的ASC碼0x0D.這樣一條中文短信就發(fā)送出去了，發(fā)送短信程序流程見圖4。

圖4發(fā)送短信流程圖

紅外線遙控器所發(fā)射的紅外信號的信息是以不同時長的高低電平來表示的。以NEC編碼為例，從9ms高電平開始，以4.5ms低電平結(jié)束的是前導(dǎo)碼；從0.56ms高電平開始，以0.56ms低電平結(jié)束的是0碼；從0.56ms高電平開始，以1.69ms低電平結(jié)束的是1碼。而由于HS0038紅外接收頭接收紅外信號之后將把紅外信號取反，因此高低電平延遲時間正好相反。所以一旦紅外接收頭的輸出信號引發(fā)外中斷，延時9ms之后如果單片機(jī)從輸入腳讀到低電平則說明這是引導(dǎo)碼，系統(tǒng)需要啟動紅外碼采集程序：先延時4.5ms放掉引導(dǎo)碼的低電平，再延時0.56ms,放掉個碼的低電平部分，延時0.8ms,讀輸入管腳的電壓，如果為低，則說明該信號為0碼，將其保存，并使累加器加一，如果為高，則說明該信號為1碼，將其保存，并把累加器加一。依次類推循環(huán)32次后就是整個紅外信號的編碼。

根據(jù)上述思路，開啟1中斷，并設(shè)置其為下降沿觸發(fā)，同時開啟T0定時計數(shù)器，并設(shè)置其為16位重裝計時器。一旦紅外接收頭收到紅外信號就會引起單片機(jī)的1號中斷，隨即進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，在中斷服務(wù)子程序中關(guān)閉計數(shù)器并將計數(shù)器中的數(shù)值記錄下來；然后，判斷該數(shù)值是否在0碼、1碼或前導(dǎo)碼的時間范圍內(nèi)，如果是，則將該數(shù)值記入存儲區(qū)。以此類推，當(dāng)記錄完32個碼后，所有紅外信息已經(jīng)記錄完畢。程序流程圖見圖5。

圖5紅外解碼流程圖

紅外遙控信號的發(fā)射需要將代表紅外信號的高低電平調(diào)制在一個38kHz的方波上通過紅外LED發(fā)射出去，因此一方面通過編程單片機(jī)T2定時器的T2MOD和T2CON兩個寄存器，使T2工作在可編程方波發(fā)生器模式下，在P1.0口輸出38kHz的方波，另一方面依據(jù)NEC編碼的格式通過延時程序在P1.4口產(chǎn)生代表紅外信號的不同時長的高低電平。兩個IO口輸出的信號在與門上相與就將紅外遙控信號調(diào)制在了38kHz的方波上。

4結(jié)語

GSM作為公用陸地移動通信網(wǎng)，具有其他通信方式所不可比擬的優(yōu)越性，它通信范圍廣、傳輸數(shù)據(jù)可靠性高、短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)實惠，是遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)比較好的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。基于GSM的家用電器及家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)和相關(guān)的成熟技術(shù)，由單片機(jī)、GSM模塊TC35i、紅外接收裝置和溫度傳感器等構(gòu)成的移動終端，可以很好地完成短信息的收發(fā)，適合遠(yuǎn)程控制帶有紅外遙控器的家用電器，并可及時家中的火警信息。實驗證明，本系統(tǒng)可以成功地對華為C3100機(jī)頂盒、科龍KFR226GW/ND1空調(diào)、及長虹CHD29300電視機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。隨著手機(jī)的普及，本系統(tǒng)具有較好的推廣前景和實用價值。

參考文獻(xiàn):

[1].DS1820datasheet/datasheet/DS1820+_1056054.html.[2].HS0038Bdatasheet/datasheet/HS00