摘 要:該文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)和GPRS的智能家電的手機(jī)控制系統(tǒng),使用用戶能通過手機(jī)短消息遠(yuǎn)程控制家庭內(nèi)的各種家居設(shè)備的開關(guān)等操作。
關(guān)鍵詞:智能家居 遠(yuǎn)程控制 GPRS MCU
中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2010)11-0067-02
智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng),有機(jī)地結(jié)合在一起,通過統(tǒng)籌管理,讓家居生活更加舒適、安全、有效的系統(tǒng)。其中具備無線通信功能的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)很關(guān)鍵,它既接收遠(yuǎn)端用戶的控制信號(hào),同時(shí)又通過識(shí)別用戶的控制信息控制家中多個(gè)家居設(shè)備,是智能家居這個(gè)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)。以下是基于單片機(jī)和GPRS通信模塊的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),和基于ARM的設(shè)計(jì)相比操作更簡單,成本更低廉。
1 系統(tǒng)框圖
智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要包括兩大模塊:控制板A和控制板B。如下面系統(tǒng)框圖。
其中控制面板A的主要作用是接收并識(shí)別用戶手機(jī)短信、控制紅外發(fā)射以及接受PC機(jī)的設(shè)置控制�？刂瓢錋自動(dòng)對(duì)接收到的短信指令進(jìn)行鑒權(quán),如果短信來自允許的用戶,則按照指令進(jìn)行操作;如果短信來自允許用戶以外的人,則對(duì)短信進(jìn)行丟棄�？刂瓢錋允許接收的用戶數(shù)量最多4個(gè),用戶的手機(jī)號(hào)碼可以通過和個(gè)人電腦相連進(jìn)行修改�？刂瓢錋的這種工作方式使得用戶控制家居設(shè)備不受時(shí)間和空間的限制。
控制面板B的作用是接收到來自控制板A的紅外序列后,通過CPU解析,判斷紅外指令(推及短信指令)希望進(jìn)行何種操作,據(jù)此對(duì)電器A/B/C進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)機(jī)等操作。
A和B板之間無線的紅外方式控制,對(duì)智能家居的布線方式進(jìn)行了一定簡化。
如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件及原理說明
2.1 控制板A的硬件設(shè)計(jì)
(1)CPU: 由單片機(jī) SST89E564RD擔(dān)任控制器,外接儲(chǔ)器ROM和RAM,通過串口和PC機(jī)通信。采用中斷的方式從P0數(shù)據(jù)口獲得無線MODEM數(shù)據(jù)。紅外發(fā)射由P1.6腳控制。
(2)串并轉(zhuǎn)換芯片XR16L2551由于作為控制板A中CPU的單片機(jī)SST89E516只有一個(gè)串口,而控制板A和PC機(jī)進(jìn)行通信需占用一個(gè)串口,所以無線MODEM的串口只能通過串并轉(zhuǎn)換成并口與單片機(jī)SST89E516進(jìn)行通信。該設(shè)計(jì)采用串并轉(zhuǎn)換芯片XR16L2551完成這一功能,它具有雙向雙通道的串并轉(zhuǎn)換功能,目前雖只使用了其中一個(gè)通道的串并雙向轉(zhuǎn)換,但是為該設(shè)計(jì)在將來的擴(kuò)展應(yīng)用提供了可發(fā)展的空間。從無線MODEM端過來的串行數(shù)據(jù)MTP_DATA、PTM_DATA通過XR16L2551轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)由單片機(jī)D0~D7讀取。
(3)串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX202E:PC和單片機(jī)之間、無線MODEM和單片機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換都由MAX202E完成。
(4)外部存儲(chǔ)器RAM 62256和ROM X5045&看門狗:RAM 62256空間是32K字節(jié),考慮到與無線MODEM通信的指令占用空間較大,故外加RAM用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行中間數(shù)據(jù)。ROM X5045&看門狗其作用一是設(shè)定狀態(tài)寄存器值以此設(shè)定看門狗時(shí)間,防止單片機(jī)程序跑飛;作用二是掉電后保存用戶手機(jī)號(hào)碼和家電控制指令數(shù)據(jù)。
(5)無線MODEM:采用的是基于西門子GPRS模塊的無線MODEM負(fù)責(zé)空中接收用戶的短信。單片機(jī)通過AT指令控制無線MODEM。
2.2 控制板B的硬件設(shè)計(jì)
控制板B主要由單片機(jī)SST89E516和紅外接收器IRM3638組成。紅外接收器3683的DETECT作為單片機(jī)的INT0的中斷響應(yīng)信號(hào)。單片機(jī)SST89E516進(jìn)行紅外波形解析后,識(shí)別命令并控制某個(gè)電器設(shè)備。
3 軟件設(shè)計(jì)
智能控制系統(tǒng)包括三個(gè)軟件:PC機(jī)軟件,遠(yuǎn)程短消息接收與紅外發(fā)射軟件和紅外接收和控制電器開關(guān)軟件。
3.1 PC機(jī)軟件
完成對(duì)使用者電話號(hào)碼設(shè)置,與使用者對(duì)電器進(jìn)行操作的具體指令的設(shè)置。
該軟件使用borland C++Builder6開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能塊:
如圖2所示。
3.2 遠(yuǎn)程短消息接收與紅外發(fā)射軟件
完成接收使用者發(fā)來的短消息指令,并鑒權(quán)是否是使用者事先設(shè)置好的合法的電話號(hào)碼,然后判斷是否是合法的電器指令,定位是讓控制那個(gè)電器,然后根據(jù)指令中的開關(guān)來發(fā)送控制紅外波形。
該軟件使用Keil C開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能模塊:
如圖3所示。
3.3 紅外接收和控制電器開關(guān)軟件
完成接收發(fā)射端送來的紅外波形,根據(jù)預(yù)定義的協(xié)議解析該波形,來確定控制那個(gè)電器開關(guān)狀態(tài)并控制該開關(guān)狀態(tài)。
該軟件使用Keil C開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能模塊:初始化、紅外波形解析、定時(shí)保護(hù)、紅外接收、電器控制。
4 系統(tǒng)測試
4.1 測試及安裝所需設(shè)備
PC機(jī)安裝keil C uvison4編譯環(huán)境;TKS仿真器;SIM卡;
4.2 測試步驟
4.2.1 設(shè)置用戶電話號(hào)碼和短信指令
如下圖所示,在左邊欄目可以輸入五個(gè)用戶的電話號(hào)碼,如:13900000000,右邊欄目對(duì)三個(gè)電器設(shè)備分別設(shè)置三個(gè)指令識(shí)別碼。如“111”、“222”和“333”。
如圖4所示。
4.2.2 發(fā)送短信指令
在無線MODEM上安裝上一個(gè)手機(jī)SIM卡,任何一個(gè)手機(jī)用戶可以發(fā)送短信控制三個(gè)電器設(shè)備的開關(guān),發(fā)送指令格式為“X1電器設(shè)備識(shí)別碼X”
4.3 測試性能
發(fā)送短信后15秒就能可靠控制遠(yuǎn)端電器設(shè)備關(guān)閉或開啟操作。
參考文獻(xiàn)
[1] 宋彩利.編著.《單片機(jī)原理與C51編程》.西安:西安交通大學(xué)出版社,2008.
[2] 周計(jì)文,王輝.基于ARM的智能家居控制器的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息,2007,23,149-151.
[3] 黃濤,褚淑杰.基于紅外通信的智能家居系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(01),140-142.
[4] Siemens Inc.MC35 GPRS Module Datasheet. http://www.siemens.com.
關(guān)鍵詞:智能家居 遠(yuǎn)程控制 GPRS MCU
中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2010)11-0067-02
智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng),有機(jī)地結(jié)合在一起,通過統(tǒng)籌管理,讓家居生活更加舒適、安全、有效的系統(tǒng)。其中具備無線通信功能的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)很關(guān)鍵,它既接收遠(yuǎn)端用戶的控制信號(hào),同時(shí)又通過識(shí)別用戶的控制信息控制家中多個(gè)家居設(shè)備,是智能家居這個(gè)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)。以下是基于單片機(jī)和GPRS通信模塊的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),和基于ARM的設(shè)計(jì)相比操作更簡單,成本更低廉。
1 系統(tǒng)框圖
智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要包括兩大模塊:控制板A和控制板B。如下面系統(tǒng)框圖。
其中控制面板A的主要作用是接收并識(shí)別用戶手機(jī)短信、控制紅外發(fā)射以及接受PC機(jī)的設(shè)置控制�？刂瓢錋自動(dòng)對(duì)接收到的短信指令進(jìn)行鑒權(quán),如果短信來自允許的用戶,則按照指令進(jìn)行操作;如果短信來自允許用戶以外的人,則對(duì)短信進(jìn)行丟棄�？刂瓢錋允許接收的用戶數(shù)量最多4個(gè),用戶的手機(jī)號(hào)碼可以通過和個(gè)人電腦相連進(jìn)行修改�？刂瓢錋的這種工作方式使得用戶控制家居設(shè)備不受時(shí)間和空間的限制。
控制面板B的作用是接收到來自控制板A的紅外序列后,通過CPU解析,判斷紅外指令(推及短信指令)希望進(jìn)行何種操作,據(jù)此對(duì)電器A/B/C進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)機(jī)等操作。
A和B板之間無線的紅外方式控制,對(duì)智能家居的布線方式進(jìn)行了一定簡化。
如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件及原理說明
2.1 控制板A的硬件設(shè)計(jì)
(1)CPU: 由單片機(jī) SST89E564RD擔(dān)任控制器,外接儲(chǔ)器ROM和RAM,通過串口和PC機(jī)通信。采用中斷的方式從P0數(shù)據(jù)口獲得無線MODEM數(shù)據(jù)。紅外發(fā)射由P1.6腳控制。
(2)串并轉(zhuǎn)換芯片XR16L2551由于作為控制板A中CPU的單片機(jī)SST89E516只有一個(gè)串口,而控制板A和PC機(jī)進(jìn)行通信需占用一個(gè)串口,所以無線MODEM的串口只能通過串并轉(zhuǎn)換成并口與單片機(jī)SST89E516進(jìn)行通信。該設(shè)計(jì)采用串并轉(zhuǎn)換芯片XR16L2551完成這一功能,它具有雙向雙通道的串并轉(zhuǎn)換功能,目前雖只使用了其中一個(gè)通道的串并雙向轉(zhuǎn)換,但是為該設(shè)計(jì)在將來的擴(kuò)展應(yīng)用提供了可發(fā)展的空間。從無線MODEM端過來的串行數(shù)據(jù)MTP_DATA、PTM_DATA通過XR16L2551轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)由單片機(jī)D0~D7讀取。
(3)串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX202E:PC和單片機(jī)之間、無線MODEM和單片機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換都由MAX202E完成。
(4)外部存儲(chǔ)器RAM 62256和ROM X5045&看門狗:RAM 62256空間是32K字節(jié),考慮到與無線MODEM通信的指令占用空間較大,故外加RAM用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行中間數(shù)據(jù)。ROM X5045&看門狗其作用一是設(shè)定狀態(tài)寄存器值以此設(shè)定看門狗時(shí)間,防止單片機(jī)程序跑飛;作用二是掉電后保存用戶手機(jī)號(hào)碼和家電控制指令數(shù)據(jù)。
(5)無線MODEM:采用的是基于西門子GPRS模塊的無線MODEM負(fù)責(zé)空中接收用戶的短信。單片機(jī)通過AT指令控制無線MODEM。
2.2 控制板B的硬件設(shè)計(jì)
控制板B主要由單片機(jī)SST89E516和紅外接收器IRM3638組成。紅外接收器3683的DETECT作為單片機(jī)的INT0的中斷響應(yīng)信號(hào)。單片機(jī)SST89E516進(jìn)行紅外波形解析后,識(shí)別命令并控制某個(gè)電器設(shè)備。
3 軟件設(shè)計(jì)
智能控制系統(tǒng)包括三個(gè)軟件:PC機(jī)軟件,遠(yuǎn)程短消息接收與紅外發(fā)射軟件和紅外接收和控制電器開關(guān)軟件。
3.1 PC機(jī)軟件
完成對(duì)使用者電話號(hào)碼設(shè)置,與使用者對(duì)電器進(jìn)行操作的具體指令的設(shè)置。
該軟件使用borland C++Builder6開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能塊:
如圖2所示。
3.2 遠(yuǎn)程短消息接收與紅外發(fā)射軟件
完成接收使用者發(fā)來的短消息指令,并鑒權(quán)是否是使用者事先設(shè)置好的合法的電話號(hào)碼,然后判斷是否是合法的電器指令,定位是讓控制那個(gè)電器,然后根據(jù)指令中的開關(guān)來發(fā)送控制紅外波形。
該軟件使用Keil C開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能模塊:
如圖3所示。
3.3 紅外接收和控制電器開關(guān)軟件
完成接收發(fā)射端送來的紅外波形,根據(jù)預(yù)定義的協(xié)議解析該波形,來確定控制那個(gè)電器開關(guān)狀態(tài)并控制該開關(guān)狀態(tài)。
該軟件使用Keil C開發(fā)平臺(tái),軟件包括如下幾個(gè)功能模塊:初始化、紅外波形解析、定時(shí)保護(hù)、紅外接收、電器控制。
4 系統(tǒng)測試
4.1 測試及安裝所需設(shè)備
PC機(jī)安裝keil C uvison4編譯環(huán)境;TKS仿真器;SIM卡;
4.2 測試步驟
4.2.1 設(shè)置用戶電話號(hào)碼和短信指令
如下圖所示,在左邊欄目可以輸入五個(gè)用戶的電話號(hào)碼,如:13900000000,右邊欄目對(duì)三個(gè)電器設(shè)備分別設(shè)置三個(gè)指令識(shí)別碼。如“111”、“222”和“333”。
如圖4所示。
4.2.2 發(fā)送短信指令
在無線MODEM上安裝上一個(gè)手機(jī)SIM卡,任何一個(gè)手機(jī)用戶可以發(fā)送短信控制三個(gè)電器設(shè)備的開關(guān),發(fā)送指令格式為“X1電器設(shè)備識(shí)別碼X”
4.3 測試性能
發(fā)送短信后15秒就能可靠控制遠(yuǎn)端電器設(shè)備關(guān)閉或開啟操作。
參考文獻(xiàn)
[1] 宋彩利.編著.《單片機(jī)原理與C51編程》.西安:西安交通大學(xué)出版社,2008.
[2] 周計(jì)文,王輝.基于ARM的智能家居控制器的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息,2007,23,149-151.
[3] 黃濤,褚淑杰.基于紅外通信的智能家居系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(01),140-142.
[4] Siemens Inc.MC35 GPRS Module Datasheet. http://www.siemens.com.
