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GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 计算机与信息技术
远程家电控制系统的设计 杨晓霞
（广西质量技术工程学校， 广西 南宁 530022 ） 【摘
以及移动通信技术不断普及， 远程控制家用电器的条件已经逐步成熟。 利 要】 随着现代网络和通信技术的不断发展， 用 GSM 移动通信的短消息服务设计了一个远程控制家电的系统。以家电控制器为核心， 利用 M2M 技术和 R S- 485 网络将家庭 智能设备、 控制功能模块联系起来， 组建了家庭控制网络。 在此基础上各种功能模块可以实现无缝接入网络， 降低了系统成本， 便于 维护， 同时具有很高的可定制性。 家电； 数据交换协议； 短消息 【关键词】 远程控制； 【中图分类号】 TP273 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003- 2673(2009)05－80－03 1 引言
进入 20 世纪 90 年代后期以来， 数字化技术取得了更加
内实现了联网和漫游， 具有网络能力强的特点， 用户无需另外 组网， 在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网 费用和维护费用。 同时， 它对用户的数量也没有限制， 克服了传 统的专网通信系统投资成本大， 维护费用高， 且网络监控的覆 盖范围和用户数量有限的缺陷。 比起传统的集群系统在无线网 络覆盖上具有无法比拟的优势， 加上 GSM 的 SMS 本身具备的 数据传送功能， 因此， 短消息业务在远程智能控制系统中得到 克服了 了广泛的应用， 基于 GSM 短消息的远程家电控制系统， 电话远程家电控制系统电话费用高、 控制时间长等缺点， 具有 良好可扩展性和实用价值。
迅猛的发展， 随着 Internet 网向普通家庭生活不断扩展， 消费 电子、 计算机、 通讯一体化日趋明显， 传统的家用电器行业也带 来了新的革命， 网络家电悄然进入到人们的生活中。 网络家电是指可以使用远程终端(例如手机、 个人电脑等) 对连接在家庭网络上的家电进行遥控。 网络家电可以互联组成 家庭内部网络， 同时又能与外部互联网连接。用户可以通过电 脑、 手机等远程终端操控家中所有电器运作。 比如， 下班前通过 空调、 电饭煲的启动等。 电脑或手机操控家中电热水器、 可以预见， 网络家电的普及将极大地提高人们的生活质量。 3 2 研究意义
国内外的网络家电控制终端基本上都是专用的遥控终端 或是个人电脑， 而随着移动通讯的快速发展， 其中 GSM （Global ） System for Mobile communication 系统是目前基于时分多址 技术的移动通讯体制中比较成熟、 完善、 应用最广泛的一种系 统。SMS （Short Message Service 短信息服务是 GSM 系统中 ） ） 提供的一种 GSM 终端 （手机 之间，通过服务中心(ServiceCenter)进行文本信息收发的应用服务， 其中服务中心完成信息 的存储和转发功能。 利用 GSM 短信息系统进行无线通信， 性能 稳定， 为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支 持平台。 随着手机用户的不断增多， 手机作为一种贴身物品， 可 供开发的潜力几乎是无限的， 因此， 通过手机远程控制家电成 为家电行业近期的主要动向， 国内外各大家电行业也相继推出 了相关产品。 针对在近阶段， 无论是国内还是国外的网络电器， 其价格 设计一个低 昂贵这一点， 我们设想:利用 GSM 的短消息业务， 价
位的控制组件，使用该组件实现对住宅内原有的传感器、 家 用电器， 用不同的终端经网络对住宅状况及原家用电器实行监 测与控制， 实现对家用电器的远程控制。 目前已建成的覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网， 是 我国公众移动通信网的主要方式。由于 GSM 网络在全国范围
系统结构框图
基于 GSM 短消息的远程家电控制系统，其系统原理如图 1 所示：
图 1 远程家电控制系统原理图
用户端 （手机或个人电脑 不需要使用任何应用程序， ） 对机 种和操作系统也无任何要求。 将该控制组件作为与其它电器的 接口， 由用户端(手机或个人电脑)向控制组件发送短消息， 控制 组件接收并读取短信内容， 并对其进行解码， 并根据短信内容 对家用电器的 ON/OFF 实现控制。 本设计方案具有如下特点: （1 操作方便， ） 通过手机短信控制家电在很多时候比其它 手段更加方便。 （2 对现有家电兼容性较强。 ） （3 低成本方案， ） 可定制性强， 有利于实现商品化。
【作者简介】 杨晓霞 （1976- ） 女， ， 广西贺州人， 讲师， 工程硕士生， 研究方向： 控制工程领域。 80 4
系统设计
无线通信的设计相对而言比较简单， 有许多现成的产品和 TC35 的构成框图如图 3 所示，从功能上看主要由四部分 构成， GSM 基带处理器、 GSM 射频部分、电源部分和 FLASH 存储器构成。GSM 基带处理器是整个模块的核心，它由一个 C166CPU 和一个 DSP 处理器内核控制模块内各种信号的传 输、 转换、 放大等处理过程。 射频天线部分主要实现信号的调制 与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转 换， 匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源， 芯的 40 ZIF 插座为用户提供包括电源、数据输入输出、 卡音频接 SIM 口和控制等的接口。
4.1 无线通信实现方式的选择 通信系统可以利用， 重点只是在于如何从多种实现方式中做出 最优的选择。 常用的实现方式有: 利用现有的通信网络(GSM/GPRS， CDMA 移动网等)和相应的无线通信产品， 通过无线收发设备， 如无线 Modem， 无线网桥等专门的无线局域网。 本设计主要实现对家电的远程控制，具有传输的信息量 小、对传输速度要求不高和通信要求简单可靠的特点，使用 GSM 网络的短消息服务功能不必考虑信道的可靠性等因素， 就可以很好的满足本设计中对于家电远程控制的功能要求。 本系统中发送的短消息包含中文汉字，所以选择 PDU 串 的用户信息编码方式 TP- DCS 是 08，表示 UCS2 编码方式， UCS2 编码是将每个字符 （1- 2 个字节 按照 ISO/IEC10646 的 ） 规定， 转变为 16 位的 Unicode 宽字符。 Windows 系统中， 在 特 别是在 2000/XP 中，可以简单地调用 API 函数实现编码和解 码。如果没有系统的支持， 比如用单片机控制手机模块收发短 消息， 只好用查表法来解决了。 在 GSM 标准中， 中文编码采用 UTF- 8 的编码方式， 不是 目前国内常用的 GB- 2313 编码，所以还需要进行汉字字码的 转换， 才能与采用 GB- 2313 汉字库相配合显示汉字字型。 4.2 系统硬件设计 4.2.1 家电控制器的总体结构 本设计的任务是建立控制组件， 它可以监控被连接的家用 电器的状态。系统主要功能为:实现中文短消息的收发， 根据接 收到的短消息控制相应的家电， 实现对家用电器的远程控制。 家电控制器的结构框图如图 2 所示。
图 3 T C 35 功能框图 4.2.4 MC U 单片机作为主控单元， 在系统中起着核心作用， 本系统选 用 atmel 公司
的 AT89C52，它是一款低功耗、高性能的单片 机， 内部有 8k 字节的 flash memory， 该芯片运用了 atmel 公司 先进的高密度非易失性存储技术，具有与 51 系列单片机完全 兼容的指令集和引脚输出， 89C52 内部有 256 字节的 RAM， 32 根可编程 I/O 口线， 个 16 位定时计数器， 个两级中断源， 3 6 1 个全双工的串行口。 4.2.5 GSM 与 MC U 接口电路设计 单片机通过 p1.0 和 p1.1 控制 TC35 的开关机、 复位等， 通 通信速率为 9600kbps， 采用 8 过串口与 TC35 进行数据通信， 位异步通讯方式， 位起始位， 位数据位， 位停止位。图 4 显 1 8 1 示了单片机和 TC35 接口的关键部分： （1 TC35 模块输入输出的 TTL 正电平逻辑不是 +5v， ） 而
图 2 家电控制器的结构框图
因此， 必须对该输入电平进行逻辑转换， 系统通过在 是 +2.9v， 集电极开路缓冲器 7407 的输出端加上拉电阻完成电路逻辑的 转换。 （2 系统加电后， ） 为使 TC35 进入工作状态， 必须给 IGT 加一延时大于 100ms 的低脉冲，电平下降持续时间不可超过 1ms。 启动后， 应保持高电平(3.3v)。 IGT 驱动 IGT 时 TC35 供电 电压不能低于 3.3v， 否则 TC5 不能激活。 （3 ZIF 连接座的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡是否插好， ） 如果连接正确， CCIN 引脚输出高电平， 则 否则为低电平。 它主要由 GSM 模块 TC35、单片机 89C52 及固态继电器 LR32053 组成。 4.2.2 固态继电器 继电器是本系统的执行机构，选用 LR32053 型固态继电 器， 它是采用固体半导体元件组装而成的一种新颖的无触点开 关， 具有开关速度快、 工作频率高、 使用寿命长、 噪声低和动作 快等优点， 得到了广泛的应用。LR32053 型继电器输入电流为 5- 40mA， 关断电压 1.5V， 额定输出电流 50mA， 输出电压范围 宽为 20- 220V， 满足项目的要求。 4.2.3 GSM 模块 GSM 模块选用 TC35， 它是西门子公司最新推出的无线通 语音等的传输， 短信息服务 讯模块， 可以快速安全的实现数据、 SMS 和传真，可以工作在 GSM900khz 和 1800khz 两个频段， RS232 数据口符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705， 且易于 升级为 GPRS 模块。该模块集射频电路和基带于一体， 向用户 提供标准的 AT 命令接口， 为数据、 语音、 短消息和传真提供快 可靠、 安全的传输， 方便用户的应用开发及设计。 速、 图 4 GSM 与 MC U 接口电路 81 4.2.6 MC U 与 SSR 接口电路设计 单片机与固态继电器的接口如图 5 所示， 由于单片机的灌 不足以驱动继电器， 同时也为提高其驱动能力 电流仅为 20ma， 和抗干扰能力， 系统增加了驱动电路， 由三极管 T 与电阻 R 组 成的放大电路构成， 二极管 D 构成泄放回路， 用以在系统断电 时迅速将继电器自感电动势迅速拉低， 起到保护作用。 的代码， 提高开发的效率和软件管理。 开发软件时已考虑到： 软 件架构设计合理， 便于功能扩展和维护； 前后台系统设计， 注释 简明准确， 便于阅读。 软件开发中采用 WinAVR 编译器来对源程序进行编译， 产生可执行的汇编代码。采用双龙 ISP - 1.3.4 烧写器， 用来下 载.hex 汇编代码到单片机中，支持在线编程。调试工具采用 AcessPort 串口调试工具） 串口调试工具是一个很好的调试 （ ， 工具，通过在代码中加入程序运行的状态信息并输出到串口， 来判断程序的运行状态， 以及是否和预期效果一致来作为修改 代码的依据。这种调试方式不同于 JTAG 等代码级调试工具。 前者对开发人员有更高的要求。 因为无法看到内部寄存器的详 细信息， 需要开发者根据软件输出的运行结果信息来判断问题 图 5 MC U 与 SSR 接口电路 所在。
4.3 系统软件设计 4.3.1 控制终端实现方式 家电控制器处于家庭工作现场，通常只完成数据的采集、 处理和控制， 任务相对单一、 固定， 无须使用功能强大的台式机 来完成； 考虑到节能和安装方便， 控制器多为嵌入式系统。 根据 整个无线远程家电控制系统所要实