1、摘要随着 GSM(Global System for Mobile communication)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新业务和新技术的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。短消息业务（SMS）作为 GSM 网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来。本系统是一种基于 GSM 短消息的远程控制系统，以单片机（STC12C5AXS2）为系统的中央控制器，将 SIM300 模块，各类传感器模块，受控部件等有机结合，构成整个家用电器控制系统。通过传感器模块检测家用电器是用情况，以 GSM 网络作为远程信号的传输平台，从而达
2、到用户通过手机远程控制家用电器。数据的传输方式主要是短消息方式，系统中采用 PDU 模式，短消息的接收和发送是通过 AT 指令来实现的，本论文讲述了常见的 AT 指令及其使用方法。系统的硬件设计中，对主要硬件 SIM300 和 STC12C5AXS2 单片机及其外围电路进行了详细的讲述。硬件包括 SIM300 通信模块 SIM300，STC12C5AXS2 单片机，显示单元，各种传感器和数据采集与处理单元。软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口通讯的短消息接收和发送程序。论文的最后部分以 GSM 短消息的远程控制系统为基础，结合家用电器检测技术设计出一套基于 GSM 的家用电
3、器控制系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。关键词：单片机、SIM300、STC12C5AXS2。AbstractWith the GSM ( Global System for Mobile communication ) mobile communication network to the rapid popularization and the increasingly fierce competition, new business and new technology development and application has been referred to a ve
4、ry important position. Short message service ( SMS ) as a basic service of GSM network, has gained more and more attention to the system operator and developer attention, based on the short message service in a variety of applications also flourish.This system is based on GSM short message remote co
5、ntrol system with single chip microcomputer ( STC12C5AXS2), as the system central controller, SIM300 module, various types of sensor module, controlled component such as organic combination, constitute the entire household electrical appliance control system. Through the sensor module for detecting
6、the household appliances is used, with GSM network as a long-range signal transmission platform, so as to achieve the user through the mobile phone remote control household appliances.Data transmission is the main way of short message, the system adopted PDU model, short message receiving and transm
7、itting through the AT instruction to implement, this paper described the common AT instruction and its using method.Hardware design of the system, the main hardware SIM300and STC12C5AXS2SCM and its peripheral circuit were described in detail. The hardware includes communication module SIM300SIM300,
8、STC12C5AXS2 single chip, a display unit, all kinds of sensors and data acquisition and processing unit. Software includes MCU initialization, the main program, interrupt program signal acquisition, serial communication through the short message receiving and sending program. The last part of the pap
9、er to the GSM short message remote control system as the foundation, combined with household appliances detection technology to design a set of household electrical appliance control system based on GSM, and gives the application domain of the system and some discussion and Research on the.Key words
10、: SCM, SIM300, STC12C5AXS2.目 录摘要 .I第 一 章 绪 论 .11.1 课 题 背 景 .11.2 课 题 研 究 的 目 的 及 意 义 .21.3 系 统 设 计 主 要 任 务 .31.3.1 硬件部分 .31.3.2 软件部分 .3第 二 章 系 统 方 案 设 计 .4第 三 章 系 统 硬 件 电 路 设 计 .53.1 单 片 机 控 制 模 块 .53.2 温 度 采 集 及 烟 雾 浓 度 检 测 模 块 .53.3 GSM 控 制 及 报 警 模 块 .53.4 LCD 显 示 模 块 .63.5 无 线 传 输 模 块 .73.6 受 控 单
11、 元 模 块 .7第 四 章 系 统 软 件 设 计 .94.1 中 央 控 制 器 流 程 图 .94.2 受 控 单 元 流 程 图 .10第 五 章 系 统 整 机 调 试 及 功 能 测 试 .115.1 家 用 电 器 检 测 与 控 制 模 块 .115.2 温 度 采 集 、 烟 雾 浓 度 检 测 模 块 .115.2.1 温 度 采 集 .115.2.2 烟 雾 浓 度 检 测 .115.3 GSM 控 制 及 报 警 模 块 .11第 六 章 设 计 总 结 及 技 术 展 望 .12致谢 .13参考文献 .14附录 .151第 一 章 绪 论1.1 课 题 背 景21 世
12、纪是信息化的世纪，移动通信从模拟时代走向了高度数字化时代，它们可靠性非常高，而且性能已经有了很大的进展，由此可见，各种电信和互联网新技术极大地推动了人类文明的巨大进步。家用电器控制系统是新一代信息技术的重要组成部分，手机终端远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，因此通过 GSM 网络远程遥控距离可跨省市，这可以大大体现出利用GSM 远程控制的优越性。操作者通过各种指令即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。远程控制部分课题目前已有涉足者，但是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出手机远程
13、遥控方式的特点。和传统的控制系统相比，基于 SIM300 的家用电器控制系统有其鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。其次，它是一种建立在 GSM 网络上的控制系统。SIM300 的家用电器控制系统不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制，在家用电器控制系统上尤为突出。家用电器控制系统是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、并实现环保节能的居住环境。它将让用户有更方便的手段来管理控制家庭设备，
14、更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。家用电器控制系统不仅具有传统的控制功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、室内外遥控、照明控制、防盗报警、窗帘自控、可编程定时控制及计算机远程控制等多种功能和2
15、手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 家用电器控制系统发展将大大推动我国实现家庭信息化进程，家用电器控制系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式。我们有了更为完善的基于 SIM300 家用电器控制系统设计理念。1.2 课 题 研 究 的 目 的 及 意 义目前家用电器控制系统，性价比较低，难以推广，仅在别墅与豪华酒店等高档场所中才有。本设计正是针对这一点进行了较大改进，以“人性化、智能化、高性价比”为原则，采取手机、单片机的链接，利用不同的指令达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解
16、受控方信息，使产品达到交互式与智能化。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和 MCU 进行连接，再经过 MCU(STC12C5A60S2)进行数据处理，实现实时测控。而此时采用 MCU 来实现家用电器控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。本系统完成了单片机应用系统其开发过程的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。本系统的 MCU 与各个芯片和模块的接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品优化提供了良好的基础。 本系统，鉴于人性
17、化与智能化的理念，该设计可使得人们在任何时刻，任意地点对家中的任意电器进行远程控制，如在外提前将空调打开制冷、热水器烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭，打开洗衣机帮你提前洗好衣物，打开豆浆机为你磨好豆浆、开启微波炉帮你加热食品等等，大大节省了用户的时间。当用户在住宅内时，可通过手机，控制室内家电的开关，此方法对于生活无法自理的人，尤其适用，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。系统中还配置了报警功能，若监测到火灾时，将启动门禁执行单元，GSM模块将向用户手机发送火灾报警信息，以便用户进一步采取行动，达到安防的重要目的。对家中装有温度要求较为严格的婴儿房或是物品储物柜时，系统中配置温3度采集
18、器，烟雾检测器，可实时检测与采集室内的烟雾浓度与温度，当室内温度超过预设温度值时，将进行蜂鸣器提示和 GSM 短信温度异常报警，同时也方便用户根据实际的温度情况，以合理调整生活状况，同样，检测到烟雾浓度异常时，将进行 GSM 火灾报警。当系统中的传感器感应到空气质量异常时，如 CO、CH4、NH4、H2 等有害气体浓度超标时，空气质量检测与清新系统中的语音报警器将自动启动，同时臭氧发生器自动开启，换气扇同时工作，达到清新空气的目的。以上所述，即是我们基于 SIM300 家用电器控制系统所必须有的功能，其家庭中央处理平台兼容性极强，家用电器控制系统发展将大大推动我国实现家庭信息化进程，能够为人们
19、提供更加轻松、有序、高效的现代生活方式！1.3 系 统 设 计 主 要 任 务本文利用 GSM 模块与单片机 STC12C5A60S2 和各类家居传感器设计制作一款家用电器控制系统。系统的设计包括：系统硬件的设计与调试和控制软件的编写与调试。 1.3.1 硬件部分 智能家居控制系统其硬件部分主要由六大部分构成：(1)控制单元。单片机 STC12C5A60S2 是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能。(2) GSM（ SIM300）模块。通过 GSM 完成报警功能。(3) 传感器数据采集系统。利用传感器采集信息（DS18B20 和 MQ-2） ，为用户提供准确的数据。(4) 受
20、控部件。通过控制设备，控制器件，完成系统设计的功能。(5)无线数据传输模块。准确稳定地传输数据。(6)LCD 显示模块。准确直观的了解各传感器的状态。1.3.2 软件部分 软件设计部分主要由三大部分构成：(1)数据采集与数据分析部分。即通过单片机对数据进行实时的集与处理。(2)（ SIM300）模块部分。读取信息，执行命令。(3)分析控制部分。根据采集的信息进行分时操作有利于提高系统效率。4第 二 章 系 统 方 案 设 计基于上述社会目前所拥有的成熟技术，我们以单片机为中心控制单元，通过各个传感器采集室内各信息，将数据通过 GSM 网络实时反馈到手机终端。同时，用户可经过手机终端远程操作家居
21、，可到达实时监控与操作的目的。系统总设计框图如图 2.1 灯继电器单片机电流检测烟雾传感器C C 1 1 0 0无线模块房间一灯继电器单片机烟雾传感器C C 1 1 0 0无线模块房间二空调红外遥控灯 继电器单片机烟雾传感器C C 1 1 0 0无线模块厨房电饭煲温度传感器灯继电器单片机烟雾传感器C C 1 1 0 0无线模块客厅L C D 显示报警器单片机C C 1 1 0 0无线模块中央控制器L C D 显示单片机模块手持设备远程控制图 2.1 基于 SIM300 家用电器控制系统总框图本系统以控制单元（STC12C5A60S2） 、传感器数据采集器件、受控部件、GSM（ SIM300）模
22、块、手持设备（手机） 、无线数据传输模块构成一个完整的基于 SIM300 家用电器控制系统。5第 三 章 系 统 硬 件 电 路 设 计系统硬件电路包括单片机中央控制器、温 度 采 集 及 烟 雾 浓 度 检 测 模 块 、GSM 控制与报警模块、L CD 显 示 模 块 、 无 线 传 输 模 块 ，整体的电路设计简约，可靠性强。3.1 单 片 机 控 制 模 块采用STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12
23、倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制，强干扰场合。虽然精确度较ARM有所降低，但基本可以满足家用电器控制系统各项要求。3.2 温 度 采 集 及 烟 雾 浓 度 检 测 模 块当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1，2 字节。单片机可通过单线接口读到该数据，进行数据处理，并发送给主机。当烟雾传感器感应到家里有一定浓度烟雾时，通过 LM324 电压比较器比较输出低电平，启动蜂鸣器报警，同时单片机控制高低电平使整个家里的电源断开，防止意外发生或
24、减小意外发生的概率3.3 GSM 控 制 及 报 警 模 块GSM无线接人(GSM fixed radio access，GFRA)技术又称GSM无线用户环路(WLL)，是采用GSM数字蜂窝技术替代传统固话来为用户提供电信业务的技术。随着电信市场开放竞争格局的形成，联通、网通、移动和电信等无线运营商都获得了公用电话经营权。GSM就是在这种竞争格局下诞生的一种语音接人设备，它能在GSM蜂窝网络覆盖范围内，快速、经济、廉价地提供通信业务，与传统的固定电话接人方式相比主要有以下特点：1)经济。运营维护费大大低于有线系统，且成本与距离无关，对农村和边远地区优势明显。2)能迅速提供业务。GFRA在很短的
25、时间即可投入使用。3)灵活可变。无须预测话务量，可随时按需进行变更、扩容方便。在偏远地区、城区人口密集等布线困难和受到自然灾害破坏等地区推行具有传统网络无可比拟的优势。4)容量大。采用小区覆盖、频6率再用等技术。可扩大用户容量。5)安全可靠。保密性好等 。市场已经出现了多款无线接入设备，主要缺点是抗干扰能力差，容易掉线，有的甚至无法建立呼叫等，本文从硬件和软件等方面对其进行了改进和优化，达到了设计要求。本系统利用 AT 指令完成控制 GSM 模块进行 SMS 通讯的所有流程，欧洲通信委员会 ETST 发布的 GSM0705 标准 AT 指令集是目前全球所有 GSM 模块都支持的收发 SMS 的
26、命令集，常见的 AT 指令见表 3.1。表 3.1 与 SMS 有关的 AT 指令命令 功能AT+CMGR 读短信息AT+CMGL 列出 SIM 卡中的短信息AT+CMGS 发送短信息AT+CMGF 选择短信息格式T+CMGD 删除短信息AT+CNMI 显示新收到短的信息每个 AT 指令以“AT+”开头，以回车结尾。在 AT 指令中还包括以下控制符：发送符(用表示)，十六进制为 0xlA；结束符 (用表示)，十六进制为0x0D。3.4 LCD 显 示 模 块带中文字库的 128X64 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形
27、液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性:（1） 、低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V） （2） 、显示分辨率:12864 点 （3） 、内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字(简繁体可选) （4） 、内置 128 个 168 点阵字符 （5） 、2MHZ 时钟频率 （6） 、显示方式：
