基于SMS的无线家电控制系统

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1 概述

      GSM系统是目前移动通信体制中比较成熟完善且应用广泛的一种系统。红外线遥控是目前使用最广泛的一种遥控手段，而且可通过学习各种红外遥控器的码形，实现对家电的遥控。因此，可以将GSM MODEM和红外线遥控结合起来，实现对家电的远程遥控。例如在办公室里发一条短信就可以控制家里的情况，不用为家里的门窗、电器、煤气担心。

      因GSM MODEM价格较贵，不可能为每一个家电遥控器安装一台GSM MODEM,因此只能把GSM MODEM模块安装在一台主控机上(在本设计中使用PC机)，然后建立一个控制网络，通过网络传输控制指令，如图1所示。但是网络需要通信介质，若使用有线网络，布线非常不方便，特别是在已装修的家庭。因此本设计采用无线方式建立控制网络，数据安全问题则用软件解决。

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图1 系统设计图

      本系统由GSM手机模块、无线数据传输模块和单片机控制模块三部分组成。GSM手机模块包含GSM MODEM和PC控制程序两部分。GSM MODEM主要用来建立无线GSM网络信道，PC控制程序接收串口发来的数据，检验手机号码的权限，根据短信的内容生成控制机地址以及控制指令，并通过无线数传模块发送给单片机控制系统。无线传输模块负责无线网络建立和数据传输。假设共有4个电器需要控制，则建立一个一点对多点的通信网络。单片机控制系统收到无线模块传来的数据后，根据收到的数据，找到受控电器的红外发射码形(此码形为预先存入单片机中)，发出红外光信号，实现电器的控制；或者打开继电器，驱动机械装置，完成操作。

2 单片机控制器的设计

      单片机使用常见的AT89C51。遥控器发射的信号由一串0和1的二进制代码组成，用38KHz的载频进行二次调制，以提高发射效率，降低电源功耗。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。

      当按下遥控器按键时，遥控器发出一串二进制代码，通常分为引导码、地址码、地址码、数据码和数据反码。地址码连发两遍，以提高遥控器的可靠性。如果两次地址码不同，则说明本帧数据有误，应丢弃。

      红外遥控接收使用一体化红外接收头0038K，它将红外接收、放大、解调，整形电路做在一起，可以将接收到红外线信号转化为TTL电平信号。0038K引出三个引脚，分别为地、+5V电源和信号输出。将0038K输出的信号输入PC的音频输入端(LINE IN)。在PC上使用COOL EDIT(音频处理软件)，将波形录入，显示在屏幕上。将波形进行3dB衰减，再将波形展宽后，即可读出遥控器的红外码形。红外发射使用单片机P2口的P2.5、P2.6位来控制，其中，P2.5输出频率为38KHz的载频信号，P2.6输出红外脉宽信号，P2.5和P2.6通过或门输出调制后的信号。P2.6输出低电平时，或门允许38KHz载波信号通过，P2.6输出高电平时，或门禁止38KHz载波信号通过。从而产生38KHz的电信号，该信号通过ULN2003芯片放大，经电阻限流后至红外发射管，发出红外光信号，控制电器动作。

3 SRWF-1无线网络的设计

      针对本系统数据流量较小，通信距离较近，且强调性价比的特点，选用SRWF-1型微功率无线数传模块。

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3.1 SRWF-1型微功率无线数传模块的数据传输

      SRWF-1模块收到单片机发来的第一个数据后自动进行无线网络连接、数据同步等工作，因此第一个数据将在5个字节时间延迟后从接收方串口输出。如要传送1个数据帧，此时间延迟将逐渐减少。当最后一个数据被发送后，模块将处于等待状态直到模块所设置的接收等待时间延迟之后，模块将自动通知所有接收设备断开无线网络连接、转入空闲状态。

      当发送方最后一个数据被发送后需延迟6-8个字节才能接收空中其他模块的数据。其他模块在此时间内也不能向空中发射数据，即使有用户数据输入也是被缓冲在模块中，而没有发送到无线链路中，以避免引起数据通讯混乱。

3.2 SRWF-1家庭无线网络的总体规划

      图1所示系统中，服务器、GSM MODEM放置在书房，书房中安装SRWF-1无线模块主站，其它各房间中安装SRWF-1无线模块从站。

      每个SRWF-1模块都在网络中拥有唯一的地址。通信的协调完全由主站控制。主站采用带地址码的数据帧发送数据。主站发出的数据，所有从站都接收。从站再将接收到的数据包中的地址码与本地地址码相比较，若不同则将数据全部丢掉，不做任何响应；若地址码相同，则证明数据是给本站的。从站根据传过来的数据进行响应，并将响应的数据发送回去，进行数据校验。这些工作都由SRWF-1模块完成，可保证在任何一个瞬间，通信网中只有一个模块处于发送状态，避免相互干扰。

      将各房间中的单片机控制器连接在SRWF-1模块上。单片机控制机收到SRWF-1模块传来的数据后，根据收到的数据，找到受控电器的红外发射码形(此码形为预先存入单片机中)，发出红外光信号，实现电器的控制；或者打开继电器，驱动机械装置，完成操作。

3.3 SRWF-1无线数传模块与AT89C51的连接

      SRWF-1模块提供标准RS-232，RS-485和UART（TTL电平）3种接口方式，在本设计中使用TTL的UART方式与AT89C51的串口直接连接。SRWF-1使用+3.6～5.0V直流电源。工作时发射电流≤40mA,接收电流≤20mA，休眠电流≤20uA。可和单片机共用+5V直流电源。电路如图2所示。

4 GSM模块的设计

4.1 GSM模块设计简介

      GSM模块包含GSM MODEM和PC两部分。GSM MODEM主要负责建立无线GSM网络信道，通过GSM网络接收和发送短消息，它通过串口与PC通信。PC从串口接收GSM MODEM发来的数据，检验手机号码的权限，根据短信的内容生成受控机地址以及控制指令，并通过无线数传模块发送给单片机控制系统。GSM MODEM选用WMOi3双频集成GSM调制解调器。

4.2 WMOi3的AT短信指令调试

      WMOi3支持标准AT指令，调试时可使用Windows自带的“超级终端”工具。

      将WMOi3连接到PC的串口上。硬件连接好以后启动超级终端。建立串口连接，设置串口(波特率9600，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，流控制使用Xon /Xoff)。发送AT指令测试设备是否正确连接，能否正常通讯。

4.3 应用短信开发控件SMSControl开发PC端程序

      为提高开发速度，本设计中使用了短信开发控件SMSControl。SMSControl以OCX控件的形式提供，支持VB。该控件具有短信发送、短信自动接收、从SIM卡中读取短信、从SIM卡中删除短信等功能。PC端程序开发应用VB和SMSControl控件，程序界面如图3所示。

4.4 程序应用说明

      用手机向WMOi3发送一条内容为“打开”的短消息，便可以打开受控电器；如果想关掉受控电器，只要发送“关闭”即可。GSM模块收到短信后，先检测发送短信的手机号，若是在程序中设置的手机号码，则发送控制指令给单片机控制器，若是其他号码则拒之门外，增强了系统的安全性。

5. 结束语

      基于GSM网络的SMS服务是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程，可跨市、跨省、甚至跨国传送，灵活方便，廉价可靠。本文的创新点就是利用SMS来实现超远程遥控以及传输数据。用户只要用随身携带的手机向家里的GSM MODEM模块发一条短消息，即可对家里的电器或防盗报警器进行全球范围的遥控。由于本系统采用无线方式，不会破坏家庭已有的装修，有一定的实用性。而且GSM MODEM和红外线遥控技术成熟完善，因此这是一种可行方案。且本方案成本低、性能高，具有可靠灵活的特点，对家电的控制变得更容易、更快捷、更方便、更安全。