基于gsm的单片机远程控制家用电器

基于GSM的单片机远程控制家电,A Remote Control System of Household Appliances Based on GSM,目录,课题背景,现状：进入20世纪90年代后期以来，数字化技术取得了更加迅猛的发展，随着网络向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，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。随着移动通讯的快速发展，其中GSM系统是目前移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。SMS短信息服务是GSM系统中提供的一种GSM终端(手机)之间，完成服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，它具有传输速度快，费用低，不占用语音通信通道等优点，具有实时传输数据功能的短消息应用得到了迅速普及，以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。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。,几种家电远程控制方法的比较,目前对家电进行远程控制的方法，主要包括以下几个： 方案一、利用嵌入式控制器实现远程控制 成本高，每台家电需要独立IP地址，普及困难。方案二、利用PC 机作为网关实现远程控制 需要投资一台 PC 机，成本较高。长时间运行后需重启，同时 PC 机本身容易死机系统功耗也很高方案三、通过电话线进行远程控制 受到固定电话终端物理位置固定性的限制，这种通过电话线路来控制家用电器的方法还是有一定的局限性，无法实现随时随地的对家电进行控制，记忆不方便。方案四、利用移动通信网实现远程控制 利用手机等移动通信工具与处于家庭控制现场的 GSM/GPRS 模块通信，驱动相应的设备实现对家电的远程控制。这种方法操作最为简便灵活，实现成本也不高，但是移动通信的可靠性相对较差。,本文选择方案 4 ，利用现有的 GSM 无线通信网络，通过手机短消息来实现对家用电器的远程控制，是一种方便高效、成本较低、易于推广普及的解决方案，达到了“低成本，有特点”，有效的填补了高端网络家电留下的空白，市场前景看好。,设计内容,设计目标：针对在近阶段，无论是国内还是国外的网络电器，其价格昂贵这一点，就设想利用GSM的短消息业务，设计一个低价位的控制组件，使用该组件实现对住宅内原有的家用电器，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。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开关实现控制。,设计方案特点,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。,短信息SMS介绍,无线通信实现方式的选择常用的实现方式有：利用现有的通信网络(GSMGPRS，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。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、采用码分多址(CDMA)技术的移动网、蜂窝式数字分组数据(CDPD)系统。GSM是全球最主要的2G标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。GPRS在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。CDMA网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。CDPD无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式。,短信息SMS介绍,GSM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。其网络覆盖范围广，布线成本低，是我国目前主要使用的蜂窝数字移动通信系统，也是目前唯一的具有最大搜盖范围和通信可靠性的无线通信网。在我国GSM蜂窝数字移动通信系统已经遍布全国各地，目前己经覆盖全国98以上的城市和广大农村地区。GSM能提供语音功能，数据传输服务(提供给固定(有线)用户和ISDN用户的大部份服务GSM都提供，包括分组交换资料网所提供的服务。)和短消息服务。综上所述：本课题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课题中对于家电远程控制的功能要求。,使用GSM的系统具有如下特点：1、由于GSM网络在全国范围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的建网费用和维护费用。2、GSM网络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，并且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。3、使用GSM网络可使系统的安装工作量大大降低，有效的缩短系统建设周期。同时，由于免去了对通信系统的维护，也使得系统维护量也大为降低。4、GSM没有同频干扰、保密性好、通信速率高、运行费用低，使用期间每则短消息只需O1元，每次可以发送140个字节，基本能满足一般的实用要求。,系统总体设计,SMS短消息服务简介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(Service Center)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。 GSM短信息服务的双向数据传输功能性能稳定，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。,短消息定义,短消息业务分为两种：一种是点对点短消息(SMSPP)，在用户之间传送信息；另一种是小区广播短消息(SMS-CB)，类似于现在的寻呼，定期在一定的区域内重复广播交通流量、天气状况等信息。不同于寻呼机的是短消息是一种双向通信，GSM系统提供的短消息业务可以让网络端知道被叫方是否收到所发的消息；如果传送失败，被叫方没有回答确认消息，网络会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能够被叫通时，就可以重发消息以确保被叫方能够收到，而且主叫方还能够知道发送是否成功。,短消息的体系结构,GSM标准中定义的点一点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMSGMSC的特定MSC同GSM网络联系的。,GSM规定的AT指令集,AT 即Attention，AT指令集是从终端设备(TE)或数据终端设备(DTE)向终端适配器( TA)或数据电路终端设备(DCE)发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(MS)的功能，与GSM 网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。短消息收发规范GSM0707规定了短消息命令。,SMS常用的AT指令,SMS短信息的编码方式,SMS短消息的编码方式主要有Block Mode、Text Mode和PDU Mode三种模式。一、Block Mode九十年代初，AT指令仅被用于Modem的操作。由于没有控制移动电话消息文本的先例，因此开发了一种叫做SMS Block Mode的协议，通过移动终端TE或PC来完全控制SMS。使用Block模式需要模块生产厂家提供驱动支持，目前很少被使用到。二、Text ModeText模式下在设置了模式后，短消息可以直接发送(对方手机号+SMS内容)而不需要进行编码，相应的程序设计也比较简单。对于GSMGPRS模块之间的英文短信数传，Text模式是一个很好的选择三、PDU ModePDU模式是发送或接收手机SMS信息的一种方法，PDU串表面上是一串ASCII码，由O9、AF这些数字和字母组成。如果需要发送中文或者中英文混合信息，就必须使用PDU模式。由于本系统只是简单的实现电器的开关，用户只需要向短信息服务中心发送简单的数字信息，所发送的短信内容不需要复杂的中文格式，所以本文采用简单的Text Mode。,系统硬件设计,本课题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。,系统硬件设计,单片机最小系统模块包括：单片机：负责与GMS模块进行通信，与完成主要的控制功能。复位电路：复位操作完成单片机内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。时钟电路：完成单片机的定时功能。,系统硬件设计,GSM模块TC35i 从功能上看主要由4部分组成：GSM基带处理器、GSM射频部分、电源ASIC(Application Specific Integrated circuit)、Flash。,控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程,完成对射频信号的接收和发送等处理,保证模块各部分供电正常,用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息,系统硬件设计,控制电路执行模块电器控制可采用继电器，来控制强电的通与断，为了达到电话机能控制家用电器的开关作用，此设计采用了继电器，一共设定了两路继电器开关，并可以设计了控制三个LED灯的亮灭。开关均由单片机控制。,系统软件设计,本系统软件采用了前后台的设计方式，前台系统是主程序，后台是由所有的中断服务程序，如串口接收中断服务程序，定时器服务程序等功能模块组成。主程序完成系统初始化，并负责处理发来TC35i的数据信息。,系统软件设计,短信处理这一部分对来自TC35i的数据进行判断和处理，当为短信数据时，提取短信内容，并根据短信中的命令进行相应的操作。短信内容处理open1LED1打开shut1LED1关闭open2LED2打开shut2LED2关闭open3LED3打开shut3LED3关闭open5继电器1打开shut5继电器1关闭,系统软件设计,单片机串口数据的接收单片机部分串口数据的接收主要有串口接收中断和定时器服务程序，其中串口数据的接收采用中断方式，并配合定时器来实现，共同完成串口数据的接收。,设计中的远程家电控制系统充分利用了单片机的内部资源，尽可能地提高了可靠性。在满足项目要求的前提下，尽可能减少系统的复杂程度。本系统基本满足项目要求，可用简单短信内容对家里的电器实施开与关操作。在对远程家电控制系统的开发中还存在的问题和不足：1、远程家电控制系统操控家电功能较单一，使用过程中不能对家电的运作进行监控，存在安全隐患；2、控制组件的操作命令没有较好的用户权限限制，当多用户操作时对家电的安全使用可能会有一定影响；3、控制