GSM家电控制系统的设计Word文档下载推荐.docx
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infraredreceiver1838
1绪论
1.1项目背景
GSM是移动通讯体制中比较完善、应用最广泛的一种成熟系统，在我国GSM（globalsystemformobilecommunications）蜂窝数字移动通信系统已经遍布全国各地，覆盖全国98%以上的城市和广大农村地区[1]。
随着GSM技术的快速发展，无线通信技术为数据采集与监视控制系统的数据传输提供了先进的通信手段，极大地扩大了SCADA系统的应用范围，可以说，目前只要移动通信网络能覆盖到的地方，就有SCADA系统的用武之地，它可以应用于电力系统、市政公用、石油、化工、水利等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域，而且利用无线通信网络可以对运行设备进行实时监控，节约成本，解决了分散数据集中处理的问题，且具有覆盖范围广、功耗低等优点。
从而使得单片机微控制器通过互联网传送数据就变得非常有意义，GSM模块与单片机的通信就成为实现无线数据采集与传输的核心技术[2]。
本文研究了AT89SC52单片机与西门子公司的GSM模块的通信，给出了硬件电路设计和软件设计思想，详细介绍了各模块的实现过程。
随着人民生活水平的提高和安全防范意识的增强，人们开始关心自己的生活和工作环境，不但要求周边环境的舒适化和人性化，对居住工作环境的安全化和智能化也提出了更高的要求，安防系统已经成为生活中必不可少组成部分。
传统的安防系统主要依靠电话网播报警讯信息，但电话网易被破坏，且不适用于偏远地区等架设通信线路困难或不经济的地方。
网络是基于时分多址技术和频分多址技术的通信网络体系，是我国覆盖面最广，功能最强，用户最多的数字蜂窝移动通信网。
通过中国移动公司建成的无缝覆盖全国的网，运用短信技术传送警讯信息，具有安全可靠，安装方便等优点[3]。
1.2项目的主要任务
这次项目的主要内容包括以下几点。
首先利用GSM模块，通过手机发送短信，从而可以控制日光灯，其次利用GSM模块以及热释电红外人感应器，通过单片机的处理可以实现有人闯入室内可以通过短信的方式来通知我们。
除了这两个主要任务后，还有一些次要的任务，怎样可以把18b20温度传感器通过单片机的处理显示在字符液晶1602。
最后就是怎样整合程序实现所有的功能。
这次的设计任务较大，而且比较沉重，特别是对于GSM的短信的收发来说，这是一个瓶颈。
2简介
2.1硬件的总体方案
由于这个设计用到的模块不多，就2个模块，所以整个电路的硬件设计比较模块化，简单化，所以这个设计突出的是软件的设计，硬件是其次.下面是整个设计中用到的模块。
图2-1硬件总体的连接方案
图2-1中AT89S52充当处理器，而GSM模块用于收发短信，通过单片机处理，就可以控制家电.而热释电红外人体感应器，就只有3个引脚，其中只有一个为数据引脚，当模块感应到有人体接近时，就会拉低电平，然后通过单片机的处理，让GSM模块发送指定的短信给指定的手机号码。
2.2软件的总体的设计方案
软件部分一共分了4种情况来编写程序，而每一种情况基本上都是相对的独立，和另外的3项没有影响，所以，当自己要实现什么功能的时候，只需要将系统调试到那种情况下就可以了。
而这里运用了2个按键实现了4种情况。
图2-2软件总体设计方案
图2-2中的软件设计方案，可以分为4部分，首先第一部分为红外的接受，单片机做出处理，从而控制家电，第二部分则是，短信的接受，当GSM模块接受到短信，单片机处理GSM接受到的指令，然后对此做出控制，第三部分则是，当热释电人体红外感应器感受到人体时，它会自动的拉低电平，然而通过AT89S52单片机做出处理，最后就可以通过GSM模块发送短信了.第四部分是，通过温度传感器18B20获取温度信息，然后通过单片机的处理，最终在字符液晶1602上显示。
四个部分都是相互独立的应用，每个应用都是相互独立的，当选择了自己需要的部分，则该部分的程序就可以循环的进行。
3硬件设计
硬件上由于模块比较多，所以电路也模块多，但不复杂，都是一些的基本的连接，本设计重点并非硬件上面的设计，应为硬件上的设计比较简单，而且很多都已经模块化了，如GSM模块，热释电红外人体感应器等。
其他的就是一些小零件如DS18B20温度传感器，红外接受头1838，字符液晶显示器1602，还有几个PNP三级管充当开关作用。
硬件最重要的莫过于AT89S52单片机吧，他的最小电路是硬件电路的核心部分，假如这部分不能运作，那么整个硬件电路也就无法运作了。
所有的硬件模块都会给出模块的引脚图，以及模块的引脚接入图。
这样做的目的是为了更好，更直观的了解这个设计。
3.1AT89S52的功能特性描述
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
下面是它的一些优势与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
图3-1AT89S52引脚示意图
如图3-1所示，单片机一共为40个引脚，最明显的是有4组每组8个引脚的引脚。
图3-2AT89S52最小系统示意图
图3-2是51系列单片机的最小系统，只需要在18以及19引脚上接一个12M晶振，然后在晶振后面各接一个30pf电容与地连接，从而形成单片机的振荡电路。
3.2GSM模块
TC35的控制简介
TC35是西门子公司推出的无线通信GSM模块。
自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。
可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（ShortMessageService）和传真。
TC35模块的工作电压为3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w（900M）和1w（1800M）。
模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。
此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。
通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。
通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。
作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。
在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。
图3-3GSM模块示意图
图3-3为GSM模块的示意图，从图中看得出来，模块除了电源正和地外，就只有两个传输的引脚了分别是TXD，以及RXD。
这就是和单片机实现串口通信的两个端口。
特性说明：
信息传送内容：
语音和数据；
电源：
单电源3.3V～5.5V；
频段：
双频GSM900MHz和DCS1800MHz（Phase2+）；
发射功率：
2W（GSM900MHzClass4）1W（DCS1800MHzClass1）；
SIM卡连接方式：
外接；
天线：
由天线连接器连接外部天线；
温度范围、工作温度：
-20°
Cto+55°
C、储存温度：
-30°
Cto+85°
C；
工作电流损耗、通话模式:
300mA（典型值.）、空闲模式:
3.5mA（最大值）；
省电模式:
100μA（最大值）；
语音解码标准；
三种速率：
半速（ETS06.20）、全速（ETS06.10）、增强型全速（ETS06.50/06.60/06.80）；
短信息：
MT，MO，CB和PDU模式；
外型尺寸：
54.5x36x6.7mm；
音频接口：
模拟信号（麦克风，耳麦，免提手柄）；
通讯接口：
RS232（指令和数据的双向传送）；
SIM卡操作电压：
3V/1.8V；
电话薄功能：
存储于SIM卡中；
模块复位：
采用AT指令或掉电复位；
串口通讯波特率：
300bps...115kbps；
自动波特率范围：
4.8kbps...115kbps；
软件下载功能（improvedserviceandmaintenance）：
通过RS232或SIM接口；
实时时钟：
可实现（时钟频率32.768KHz）定时器功能：
可用AT命令编程。
由于手机的数据传输属于无线传输，主要的运营设备及网络支持已由移动、联通等大的运营商建设的很完善，手机信号覆盖范围广，在信息传递性能方面稳定、可靠。
因此本设计采用手机中的GSM模块为信息传递的载体，与单片机结合起来构成远距离无线防盗监控系统，可以实现远程数据传送、远程监控的功能[9]。
3.318B20温度传感器
图3-4DS18b20引脚示意图
从图3-4中发现DS18b20为3个引脚的器件，其中第二个引脚就是最为关键的传输引脚。
独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。
下面是温度传感器的一些参数以及特点。
简单的多点分布应用；
无需外部器件；
可通过数据线供电；
零待机功耗测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增；
华氏器件-67~+2570F，以0.90F递增；
温度以9位数字量读出温度数字量转换时间200ms（典型值）；
用户可定义的非易失性温度报警；
设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。
DS1820数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值。
DS1820通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS1820之间仅需一条连接线（加上地线）。
用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。
因为每个DS1820都有一个独特的片序列号，所以多只DS1820可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。
这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。
图3-5DS18b20接入电路示意图
从图3-5中可以发现DS18b20温度传感器第2个引脚和第3个引脚接个4.7k的电阻就可以直接进行传输。
如此方便的连接方式，就可以实现温度数据的采集，不过关于18B20温度传感器，最为关键的还是时序的编写，因为单总线的器件时许的要求严格，程序的编写就会有较大的难度。
3.41838红外接收头
、、
图3-6DS18b20引脚示意图
1 红外信号收发系统的典型电路如图3-6所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。
2内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。
红外监测二极管监测到红外信号。
3 然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。
4 信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出。
5高低电平，还原出发射端的信号波形。
注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。
红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。
根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。
红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。
有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。
图3-71838红外接收头接入示意图
1838红外接收头接入图3-7看出，这个器件只需要一个104的电容以及一个100欧的电阻即可完成红外接受的工作。
当这红外接受头接收到启始码的时候就开始工作，直到接受到结束码时，结束工作。
3.51602字符液晶显示器
图3-81602字符液晶显示屏引脚示意图
图3-81602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。
VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'
A’。
以下是1602的16进制ASCII码表：
表3-116进制ASCII码表
读的时候，先读上面那列，再读左边那行，如：
感叹号！
的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。
图3-91602字符液晶显示屏接入示意图
图3-91602字符液晶16引脚为背光负极，用PNP来充当开关。
而引脚7到14（P0.0到P0.7）是液晶的数据位，而引脚1为电源地，而引脚2为电源正。
引脚4为数据/命令选择，引脚5为读写选择，引脚6则为信号使能位。
3.6热释电人体红外感应模块
图3-10热释电人体红外感应模块示意图
这个热释电人体红外感应模块也就只有3个引脚如图3-10，其中的第二个引脚为信号的输出引脚用于输出数据。
热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。
早在1983年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用[12]。
热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。
它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。
除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。
比如：
在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机。
电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构。
开启监视器或自动门铃上的应用。
结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等.您可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品或自动化控制装置。
模块的接入示意图如下：
图3-11热释电人体红外感应模块接入示意图
这个热释电红外人体感应器如图3-11，接入的方法比较简单，首先是充当电源的两个引脚分别是电源正和地，还有另外的一个引脚只是负责输出，当有人接近时，引脚2会自动地拉低.当单片机识别到后，做出处理即可。
4软件设计
软件设计对于整个设计来说，是非常重要的，特别是GSM的收发程序，这是本设计的核心部分，因为整个设计最关键的模块是GSM模块，而GSM模块的应用需要我们掌握GSM的AT指令，所以软件的设计比较耗费时间，光AT的指令就不下30条，但常用的指令也不多，但难度大。
单片机还有他的指令所以，要灵活运用好这些指令才是完成本次设计的王道。
下面我就尽挑重点来讲解如何用GSM来收发短信，以及如何用字符液晶1602来显示字符，而且还会通过DS18B20温度传感器来实测温度，然后显示在18b20上面。
4.1GSM的核心程序
图4-1发送短信函数流程图（左）图4-2读取短信函数流程图（右）
GSM短信接收程序如下:
voidCMGF（）//Send
an
SMS
command（发出一条短消息命令）发送短信函数
{
unsignedchari=0;
unsignedcharcodemode[]="
AT+CMGF=0"
;
//AT+CMGF指令用于选择短信息格式GSM指令
while（mode[i]!
='
\0'
）
{
SBUF=mode[i];
while（TI==0）;
//TI是指单片机SFR中SCON（SerialControlRegister）串行口控制寄//存器的一位
//而且是被硬件置位的。
当单片机发送完一帧数据后，该数据位由硬件置1.
TI=0;
i++;
}
SBUF=0X0D;
//代表回车键ASCII码
//清零SCON的TI位
SBUF=0X0A;
//代表换行键ASCII码
}
voidCMGR（）//ReadSMSmessage（读短消息）读取短信函数
unsignedcharcodemode2[]="
AT+CMGR=1"
//采用文本格式发送，
//如用PDU格式，则AT+CMGF=0
while（mode2[i]!
SBUF=mode2[i];
while（TI==0）;
/TI是指单片机SFR中SCON（SerialControlRegister）串行口控制寄存器的一位
//回车键的ASCII码
//换行的ASCII码
图4-3新收到信息短信函数流程图（左）图4-4删除短信函数流程图（右）
voidCNMI（）//New
message
indications（显示新收到的短消息）函数
unsignedcharcodemode1[]="
AT+CNMI=2，1"
while（mode1[i]!
SBUF=mode1[i];
voidCMGD（）Delete
message（删除SIM卡内存的短消息）函数
unsignedcharcodemode3[]="
AT+CMGD=1"
while（mode3[i]!
SBUF=mode3[i];
4.2字符液晶1602读写核心程序
字符液晶1602的读时序图和读时序图如图4-5以及图4-6。
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